ENERGIAGAZDÁLKODÁS. Az Energiagazdálkodási Tudományos Egyesület szakfolyóirata

Átírás

1 ENERGIAGAZDÁLKODÁS Az Energiagazdálkodási Tudományos Egyesület szakfolyóirata 58. évfolyam szám A magyar energiagazdaság problémáit tárgyaló tudományos és gyakorlati folyóirat Jegyezze elô naptárába! MÁRCIUS 7-8. KLENEN 18 KLÍMAVÁLTOZÁS ENERGIATUDATOSSÁG ENERGIAHATÉKONYSÁG XXIII. II. K O N F E R E N C I A ÉÉS S KKIÁLLÍTÁS IÁLLÍTÁS KONFERENCIA aeecenter.org ete-net.hu eszk.org virtualiseromu.hu bpmk.hu bkik.hu vosz.hu Osszuk meg tapasztalatainkat, dolgozzunk együtt a természet egyensúlyának megôrzéséért Az energiahatékonysági törvény végrehajtásának tapasztalatai, energetikai audit eredmények VÁRJUK JELENTKEZÉSÉT! bemutatása További információ és jelentkezés:

2 Komponenesek a pontos energiaméréshez Let s connect. weid_175x120.indd :58

3 ENERGIAGAZDÁLKODÁS Az Energiagazdálkodási Tudományos Egyesület szakfolyóirata 58. évfolyam szám A magyar energiagazdaság problémáit tárgyaló tudományos és gyakorlati folyóirat Főszerkesztő: Dr. Gróf Gyula TARTALOM CONTENTS INHALT Olvasó szerkesztő: Dr. Bihari Péter Szerkesztőség vezető: Molnár Alexa Szerkesztőbizottság: Dr. Balikó Sándor, Dr. Bihari Péter, Czinege Zoltán, Dr. Csűrök Tibor, Eörsi-Tóta Gábor, Dr. Farkas István, Gáspár Attila, Juhász Sándor, Kádár Márton Gábor, Korcsog György, Kövesdi Zsolt, Mezei Károly, Dr. Molnár László, Dr. Nagy Valéria, Németh Bálint, Romsics László, Dr. Serédiné Dr. Wopera Ágnes, Dr. Steier József, Dr. Stróbl Alajos, Szabó Benjámin István, Dr. Szilágyi Zsombor, Vancsó Tamás, Dr. Zsebik Albin Honlap szerkesztő: Kierblewski Marius Kiadja: Energiagazdálkodási Tudományos Egyesület 1091 Budapest, Üllői út 25., IV. em Tel.: , , titkarsag@ete-net.hu Felelős kiadó: Bakács István, az ETE elnöke A szekesztőség címe: BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék 1111 Budapest, Műegyetem rkp. 3. D épület 222 sz. Telefon: Telefax: enga@ete-net.hu Megjelenik kéthavonta. Előfizetési díj egy évre: 4200 Ft Egy szám ára: 780 Ft Előfizethető a díj átutalásával a számlaszámra a postázási és számlázási cím megadásával, valamint az Energiagazdálkodás megjegyzéssel ISSN Tipográfia: Büki Bt. bukiandras@t-online.hu Nyomdai munkák: EFO Nyomda Klenen Zsebik Albin Az energiagazdálkodás tervezése és értékelése, szakreferensi jelentések 3 Energy Planning and Checking; reports of the auditors Energieplanung und Bewertung, Berichte der Fachreferenten Csondor Bálint Napelemek telepítésének hatása a kisfeszültségű hálózatok felharmonikus viselkedésére 9 Evaluation of the effect of solar PV installations on the amount of harmonics on low-voltage distribution grids Die Auswirkungen von Solar-PV-Anlagen auf die Oberschwingungen von Niederspannungs-Verteilnetze Táczi István Rendszerstabilitás a növekvő megújuló penetráció fényében 14 System stability considering high penetration of renewables Probleme der Systemstabilität wegen die wachsende Penetration von den regenerativen Energiequellen Halász Ágnes, Iváncsy Tamás Irodai ICT eszközök energiafelhasználása nanogridben 18 Energy consumption of office ICT devices in nanogrid Energieverbrauch von ICT Büroeinrichtungen in Nanogrid Tomasics Sára Az időjárási tényezők szerepe a villamosenergiarendszerben, meteorológiai adatbázisok alkalmazása 22 Impacts of meteorological conditions in the electricity system, applicability of meteorological data sources Die Auswirkungen der Wetterbedingungen auf das Energiesystem, Anwendung von meteorologischen Datenquellen Pintér László Fogyasztói befolyásolás ipari nagyfogyasztóknál 26 Industrial Demand Side Management Demand Side Management bei Industriekunden Veres Dániel Részkisülések spektrumanalízise és detektálása 30 Investigating partial discharges: spectrum and UHF detection Spektrumanalysis und Erkennung von den Teilentladungen Kovács Zsófia Az elektromos hajtású személyautók elterjedése Magyarországon 33 The spread of electric vehicles in Hungary Die Ausbreitung von den elektrischen Personenwagen in Ungarn Göllei Attila, Görbe Péter, Szücs Veronika, Fodor Attila Megújuló energiák integrációs lehetőségeinek vizsgálata a Pannon Egyetemen 36 Investigation of renewable energy integration possibilities at the University of Pannonia Erneuerbare Energien Integrationsmöglichkeiten von Tests an der Universität von Pannonia Molnár Szabolcs Az épületek energiahatékonyságának fejlődése 40 The development of the energy efficiency of buildings Die Entwicklung der Energieeffizienz von Gebäuden Fekete Balázs Kamstrup READy Manager A jövő megoldása: az energiamérés és felügyelet digitalizálása 44 Kamstrup READy Manager solution for the future: digitizing the control and measurement of energy Kamstrup READy Manager Lösung der Zukunft: Digitalisierung von Energiemessung und Überwachung Tudomány * Science * Wissenschaft Gróf Gyula, Mahmoud A. Sharefeldin Sík napkollektor hatásfoka CeO2-víz nano folyadék alkalmazása esetén 47 Efficiency of the flat plate solar collector using CeO2- water nano fluid Wirkungsgrad des flachen Sonnenkollektors mit CeO2 nano Flüssigkeit Megújulók * Climate Policy * Klimapolitik Rácz Péter Napraforgó növény hőtermelési hasznosításának költségvizsgálata 52 Costmonitoring of utilization of sunflower firingtechnology Die Kostenanalyse der heizungstechnischen Verwertung der Sonnenrose Környezetvédelem * Environmental protection * Umweltschutz Reményi Károly A zöldülő Föld 55 The greening Earth Die grün werdende Erde Szilágyi Zsombor A klímaváltozás és a fosszilis tüzelőanyagok 60 Climate change and the fossil fuels Klimawechsel und die fossilen Brennstoffe A beküldött kéziratokat nem őrizzük meg, és nem küldjük vissza. A szerkesztőség fenntartja a jogot a beküldött cikkek rövidítésére és javítására. A szakfolyóiratban megjelent cikkek nem feltétlenül azonosak a szerkesztők vagy az ETE vezetőségének álláspontjával, azok tartalmáért az írójuk felelős. ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 1

4 T A R T A L O M Szemlélet Approach Ansicht Dezső György Mérnöki gondolatok a jövő kiszámíthatatlanságáról 62 Engineering thoughts about the unpredictable future Ingenieurische Gedanken über die Unberechenbarkeit der Zukunft Energiapolitika Energy Policy Energiepolitik Molnár László Németország hatása az európai gazdasági és energetikai helyzetre 67 Germany s effect on the European economic and energy status Deutschlands Wirkung auf die Europäische Wirtschaftliche und energetische Lage VEP VEP VEP Orbán Tibor, Szalai Szabolcs, László Tamás Vákuumos pótvíz gáztalanító létesítése a Rákoskeresztúri fűtőműben 72 Installation of the make-up water degasifier at the heating plant of Rakoskeresztúr Realisierung von Ersatzwasser Entlüfter mit Vakuum im Heizkraftwerk Rákoskeresztúr Hírek News Nachrichten Paksi Atomerőmű 74 Paks Nuclear Power Plant Paks Kernkraftwerk Energetikai tanulmányverseny 75 Student Competition for Energy Studentenwettbewerb für Energie A Hőszolgáltatási Szakosztály taggyűlése 76 ETE assembly for election of officials and delegates ETE Versammlung zur Wahl von Beamten und Delegierten KLENEN '17, március 7-8. Tisztelt Olvasó! június 2-4-én Egerben Energiahatékonyság, Energiapiac és környezetvédelem az ezredfordulón címmel nemzetközi konferenciaként rendeztük meg a KLENEN jogelődjét. A konferencia színhelyéül tudatosan választottuk a festői környezetben fekvő várost, hogy a külföldi vendégekkel megismertessük. Ezt a szemléletet tartottuk a következő konferenciák helyének kiválasztásánál is. Így került a következő, Energiahatékonyság, energiapiac és környezetvédelem az új évezred kezdetén" címmel, június én Sopronban megrendezésre. A konferencia sorozat 2003-ban kapta a Klímaváltozás Energiatudatosság Energiahatékonyság nevet és a konferenciát június 4-6-án már ezzel a címmel szerveztük. A név választásakor a fenntartható fejlődés fontossága mellett azt gondoltuk, hogy a természet egyensúlyának megőrzésében fontos szerepe van az energiatudatosságnak és a hatékony energiagazdálkodásnak. A június 8-10-én Visegrádon megrendezett konferencián a cím mellé bevezettük az azóta is használt Dolgozzunk együtt a természet egyensúlyának megőrzésén mottót. A kétévenként megrendezésre kerülő sorozat szervezésében szakadás történt, s a következő, egy nappal rövidebb konferencia szervezésére április én Szegeden került sor. A konferencia 2011-ben ismét Győrben került megrendezésre április 6-7-én. A konferenciákon nagy számban vettek rész előadó, érdeklődő és szép emlékekkel hazatérő külföldi vendégek. A szervező bizottság azonban elsősorban gazdasági okokból úgy döntött, hogy ideiglenesen megszünteti nemzetközi jellegét és a Virtuális Erőmű program Energiahatékonysági Kiválósági Pályázatához kapcsolódva 2012-től áttértünk az évenkénti szervezésre. A tapasztalatcsere fontosságát hangsúlyozva ettől kezdve használjuk a konferencia kiegészített mottóját, Osszuk meg tapasztalatainkat, dolgozzunk együtt a természet egyensúlyának megőrzéséért, a KLENEN rövidítését és hívjuk fel a figyelmet arra, hogy A hatékony energiagazdálkodás mindnyájunk érdeke és kötelessége. A 2016-ban rendezett konferencián már különös figyelmet fordítottunk az energiahatékonysági törvény végrehajtásának tapasztalataira. Ezt a törekvésünket idén is megtartottuk és a rendezvényen kiemelt hangsúlyt helyezünk az energetikai auditálás és az energetikai szakreferensi feladatok ellátásának szakmai kérdéseire, a törvény által előírt kötelező és az attól függetlenül, önkéntesen végzett energetikai auditok és ISO energiagazdálkodási rendszer bevezetésének tapasztalataira, a vállalatirányítási rendszerek és az energiahatékonyság kapcsolatára. A konferencián ismertetésre került a vállalati energiahatékonyság növelési lehetőségeinek feltárására irányuló LOCARBO Interreg ( projectben a hazai részvétel és a közreműködés lehetősége. Az energiahatékonyságról szóló évi LVII. törvény 13. -a rendelkezik az energetikai audit minimális tartalmi követelményeiről. Meghatározza többek között, hogy az energetikai auditnak ki kell terjednie a fejlettebb üzemeltetési eljárások és esetleges új berendezések bemutatására. Erre tekintettel a konferencián több cég is élt a lehetőséggel, hogy kiállítás formájában is bemutathassák az energiahatékonyság növelését segítő termékeiket és eszközeiket. A törvény decemberi módosításához kapcsolódva a plenáris és szekció előadásokat követő kerekasztal beszélgetést a kötelezően igénybe veendő energetikai szakreferens szerepének és feladatainak, valamint az energiahatékonysági célokat szolgáló beruházás adókedvezmény megbeszélésére fordítottuk. A kerekasztal beszélgetés bevezető előadóinak a jogszabály módosítások előkészítőit kértük fel. Az elmúlt évek során azt tapasztaltuk, hogy a konferencián előadó egyetemistáknak a jelenlevő cégek állást ajánlottak. Ebből kiindulva szerveztünk önálló szekciót a fiatal energetikusok bemutatkozására. Az Energiagazdálkodás szakfolyóirat médiapartnerként támogatja a konferencia szervezését. Azokat az előadásokat, amelyeket előadóik cikk formában is elkészítenek, közzé tesszük a jelenlegi, vagy következő lapszámainkban. Az évente megrendezésre kerülő KLENEN konferenciákra hívjuk és várjuk azokat a szakembereket, akik szívesen megosztják tapasztalataikat az érdeklődőkkel, vagy érdeklődnek mások tapasztalatai iránt. Tisztelettel meghívjuk és várjuk olvasóinkat is a jövő évi konferenciára! Kérjük jegyezze elő naptárába, hogy március 7-8. KLENEN 18. és kövesse a konferenciához tartozó eseményeket a honlapon. A tapasztalatok azt mutatják, hogy a konferencia előadásai, a tapasztalatcserék, valamint az energiagazdálkodás hatékonyságának növelését eredményező módszerek és technikák bemutatása hozzájárul a résztvevők ismereteinek bővítéséhez és segítik mindennapi munkájuk végzésében. KLENEN Szervező Bizottság 2 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

5 K L E N E N Az energiagazdálkodás tervezése és értékelése, 1 szakreferensi jelentések Dr. Zsebik Albin okl. gépészmérnök, zsebik@jomuti.hu Az energiahatékonyságról szóló évi LVII. törvény bizonyos vállalatok számára kötelezővé teszi az energiaveszteségfeltárást, energetikai szakreferensek igénybevételét. A törvény végrehajtásához kapcsolódó rendeletek jogszabályi keretet adnak a korábban gazdasági érdekből végzett energiagazdálkodási törekvéseknek, s feladatokat határoznak meg az érintetteknek. Az alábbiakban a törvény és rendeletek, valamint az energiaveszteség-feltáráshoz és energiagazdálkodáshoz kapcsolódó szabványok egyes részleteihez kapcsolódó néhány gondolatomat ismertetem. 1 * Act LVII of 2015 on Energy Efficiency makes mandatory for certain companies the exploration of the reasons for energy loss and the engagement of an energy auditor. The decrees adopted in relation to the implementation of the Act provide a regulatory framework for energy management measures, which were previously taken so as to serve economic interest, and they also specify tasks for those concerned. Below I present some thoughts on the Act and the decrees and certain details of the standards related to energy loss exploration and energy management. * * * Az energiaveszteség-feltárás és ösztönzése egykor és napjainkban Az energiahatékonysági törvény közzétételét követően egy ismerősöm arra hívta fel a figyelmemet, hogy energetikusként szakosodhatok az energetikai auditra, mert törvény kötelezi a nagyvállalatokat az auditáltatásra. Újnak vélte e tevékenységet. Arra se gondolt, hogy az energiaveszteség-feltárás szorosan kapcsolódik az energiatermeléshez/átalakításhoz és felhasználáshoz. Szervezetten, vagy spontán az energiahasznosítás óta jelen volt, ennek következménye és eredménye a fejlődés a fa (mint megújuló energiaforrás) égetésétől a kalorikus gépeken keresztül az atomerőműig. Az Energiagazdálkodás és jogelődje a Magyar Energiagazdaság szakfolyóiratok cikkei (1. ábra) a veszteségfeltárás hazai gyakorlatának közel 70 évéről tanúskodnak. Több mint 30 éves a Hivatal jogelődjének tekinthető Energiafelügyelet kiadványa, de az általam készített egyetemi jegyzet kézirata is közel 15 évvel ezelőtt készült (2. ábra). Bizonyára sokan emlékeznek azokra az energiahatékonyság növelő pályázati kiírásokra is, amelyek a veszteségfeltárásokra ösztönöztek, és az ötletgazdákat és megvalósítókat jutalmazták. Az energiahatékonysági törvény a nagyvállalatok számára kötelezővé teszi a veszteségforrások feltárását. Az lenne azonban jó, ha a vállalatok nem a kötelezettségüket látnák benne és az auditoroktól a veszteségfeltárás keretében minimális díjért a minimumkövetelmények teljesítését kérnék, hanem az érdeküket felismerve az auditorokat akár a vállalkozói szerződésbe is beépítve, a minél nagyobb energia- és költségmegtakarítás lehetőségének feltárására ösztönöznék. 1 A szerzőnek a KLENEN 17 konferencián (Gárdony, március 7-8.) elhangzott előadása ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám Magyar Energiagazdaság 5. évf szám Nézz körül üzemedben Üzemi tapasztalatok 1. ábra. Rovatcímek lapunk jogelődjében Budapest, Budapest, ábra. Címlapok Az energiaveszteség-feltárást napjainkban már szabványok is segítik. Az EN és az EN ISO szabványok magyar nyelvű változataival kapcsolatosan azonban sajnálom, hogy a fordító nem törekedett a szabvány értelem szerinti átültetésére, a hazai gyakorlatban alkalmazott fogalmakat használtára. Kiemelkedő példája ennek az energiateljesítmény fogalom bevezetése. Annak ellenére, hogy szabványban jelent meg, én nem fogom használni. Korábban a kw és kwh mértékegységeket keverőkről vontam le a következtetést, hogy nem értenek a szakterülethez, a jövőben az idézett fogalom használóira is ekképpen fogok tekinteni. Bízok ugyanakkor abban, hogy a szabvány kiadója az ISO 9 001, és szabványok alapját képező Deming, ill. PDCA ciklus szellemében hamarosan felülvizsgáltatja és jobbítja az audittal és az energiagazdálkodási rendszerrel kapcsolatos szabványokat. Biztató e tekintetben az, hogy az energiahatékonysági törvény a kötelező energetikai auditálás alól nem azokat az a nagyvállalatokat mentesíti, amelyek az MSZ EN ISO szabványnak megfelelő, akkreditált tanúsító szervezet által tanúsított energiairányítási rend

6 Zsebik A.: Az energiagazdálkodás tervezése és értékelése, szakreferensi jelentések szert, hanem az EN ISO szabványnak megfelelő, akkreditált tanúsító szervezet által tanúsított energiagazdálkodási rendszert működtet. A különbség egyetlen szó, az energy management magyar nyelvre történő fordításában van. Helyesebbnek a törvényben megjelent energiagazdálkodás fordítást tartom. Az eltérő fordítás a vállalatoknak, a tanúsítóknak, a tanúsításra felkészítőknek jelenthet gondot. Én a tanúsítására való felkészítés során a kézikönyv bevezetőjében a következőket írtam: A szabvány által meghatározott dokumentumok összeállításakor az ISO alapján jártunk el, de a helytelen fordítás miatt nem használtuk következetesen az MSZ EN ISO szabványban alkalmazott fogalmakat. Ezt a Tanúsító tiszteletben tartotta. A működő és optimális rendszerek A közel húsz évvel ezelőtt írt Energiaveszteség-feltárás című egyetemi jegyzet bevezetőjében írtam, hogy Napjaink kihívása az energiafelhasználás csökkentése. Törekednünk kell arra, hogy az igényelt (hő)komfortot, megvilágítást, a technológiai folyamatok energiaigényét a biztonságos üzemvitel mellett, minél kevesebb tüzelőanyaggal, ill. energiával elégítsük ki. Az energiaveszteségfeltárás az energiagazdálkodással foglalkozó mérnökök számára komoly feladatot jelent. Erről a feladatról szoktam bevezetőként az egyetemi hallgatóknak a félév első előadásán beszélni, erről teszek közzé néhány gondolatot az alábbiakban is. Az energiaveszteség-feltárás tárgyát képező rendszereket, technológiai folyamatokat, épületeket és egyéb létesítményeket tervező mérnökök bizonyára körültekintően végezték munkájukat. Az igényelt feladatra az adott gazdasági környezetben, a rendelkezésre álló berendezések és eszközök felhasználásával bizonyára a legjobb megoldást választották. Feltételezhetően az üzemeltetők is legjobb tudásuk szerint működtetik a rendszereket. A feladat mégis aktuális. Mi a veszteségfeltárást végző mérnök feladata? Mi ez esetben az energiaveszteség? Az energetikai veszteségfeltárás során azt keressük, miképpen jobbíthatók a rendszerek. Azt elemezzük, milyen korszerűsítésekkel, energiahatékonyság növelő intézkedésekkel csökkenthető energiafelhasználásuk, üzemeltetési költségük. Az energiaveszteség-feltárás általában hosszú évek óta üzemelő rendszerekre irányul. A vizsgált rendszerek létesítése óta eltelt idő alatt jelentős mértékben megváltozhatott a gazdasági környezet (az energiahordozók elérhetősége, vele összefüggésben az ára). Jelentős mértékben javulhatott a feladat elvégzésére alkalmazható berendezések és eszközök műszaki színvonala, hatékonysága. Ezek szem előtt tartásával veszteségnek tekinthetjük, ha a vizsgált rendszer energiafelhasználása (üzemeltetési költsége) nagyobb, mint az elemzés időpontjában azonos feladat ellátására alkalmas rendszer energiafelhasználása (üzemeltetési költsége). Az energiaveszteség-feltárás során szem előtt tartjuk, hogy a műszaki feladatok többféle módon oldhatók meg. Ugyanazon eredményt különböző berendezésekkel, különböző üzemeltetési módon érhetünk el. A különböző megoldási változatok között található azonban olyan, amely bizonyos kritériumok szerint a legkedvezőbb, mondhatjuk optimális. Megkülönböztethetők tehát működő és optimális rendszerek. Előfordulhat, hogy műszaki, gazdasági vagy egyéb okok miatt a működő rendszer nem fejleszthető optimálissá. Határozottan törekedni kell azonban arra, hogy a lehetőségeket megismerjük, s a működő rendszereket az optimális irányába fejlesszük. Ehhez nélkülözhetetlen a rendszerelemek és alrendszerek közti kapcsolatok tisztázása, egyértelmű meghatározása. A fejlesztés során különös figyelmet kell fordítani e kapcsolatokra, s a berendezéseket úgy kell kiválasztani, az üzemviteli paramétereket úgy kell meghatározni, hogy azok az optimális rendszer megvalósításának irányába mutassanak. Fontos, hogy a veszteségfeltárást végző mérnök tudatosítsa a működő és optimális rendszerek közti különbséget. Ismerje az energiagazdálkodás jobbító lehetőségeit, technikáit, és munkája során műszaki, gazdasági és környezetvédelmi kritériumok alapján tudatosan törekedjen az energiatakarékos módszerek, eszközök és berendezések alkalmazására, optimális rendszer és üzemvitel kialakítására. Az energiagazdálkodás tervezése és értékelése A több mint 30 évvel ezelőtt készült, az Energiagazdálkodásban 1995-ben Irányítási feladatok a távhőellátásban című cikkben [8] közzé tett 3. ábrával mostanában az energiafelügyeleti és irányító rendszerek (EFIR) korszerűsítésére szoktam felhívni a figyelmet. 3. ábra. Az EFIR tevékenységének csoportosítása Napjainkban is jellemző ugyanis, hogy mérik a villamos-energia és más energiahordozók fogyasztását, a technológiai rendszerek elemeit/berendezéseit autonóm módon szabályozzák, de a rendszer nem végez automatikusan az energiagazdálkodáshoz kapcsolódó ellenőrző és adatfeldolgozó feladatokat. Javasoljuk, hogy a továbbfejlesztés során az energiafelügyeleti és irányító rendszerekbe építsenek be olyan algoritmusokat, amelyek lehetővé teszik, hogy a rendszer önműködő módon elvégezze, vagy segítse az ábrán jelölt feladatokat. Nevezetesen, a képernyőképeken történő üzemviteli paraméterek megjelenítése, és az operatív irányítás mellett az üzemvitel hosszú- és rövid-távú tervezését, az üzemvitel értékelését, az üzemvitel műszaki-gazdasági elemzését. Fontosnak tartjuk az elemzés eredményeinek a vezetői információs rendszerbe történő továbbítását is. Az ISO fejezete foglalkozik az energiagazdálkodás tervezésével (a szabvány szerint Energy Planning, a magyar válto- 4 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

7 Zsebik A.: Az energiagazdálkodás tervezése és értékelése, szakreferensi jelentések Bemenet A korábbi évek termelési és energiafelhasználási adatai, termelési tervek Konszern szintű környezetvédelmi és energiagazdálkodási célkitűzések Az energiafelhasználást jelentős mértékben befolyásoló változók Elemzés A Az üzemvitel, a termelés és az energiafelhasználás kapcsolatának elemzése B A jelentős energiafogyasztók meghatározása C Az energia-megtakarítási lehetőségek feltárása, a megvalósítás feltételeinek elemzése Eredmény Az energiafelhasználás bázisértékei Energiagazdálkodási mutatók Az energiafelhasználás célértékei Az energiagazdálkodás hatékonyságát növelő intézkedések döntéselőkészítő projektlapjai Megvalósítási ütem és költségtervek 4. ábra. Az energiagazdálkodás tervezésének folyamatábrája zatban Energiatervezés). A szabvány 2A. ábráját, amely a tervezés folyamatát ábrázolja, a jobbításra törekvés szellemében a 4. ábra szerint tartottuk célszerűnek módosítani. Véleményünk szerint az energiagazdálkodás tervezésének alapját képezik a termelési tervek. Ez kiindulási alapnak (bemenetnek) tekintendő, s ki tudja miért, a termelési terv az eredeti szabványban sem szerepel. Az ábra készítőinek mentségére szolgál, hogy az ábrát nem teljes körűnek, csupán tájékoztató jellegűnek tekintik. A magyar változat érthető módon csak a past and present energy uses fordítását tartalmazza. Tekintettel arra, hogy a szabvány nem kötelező, ezt a blokkot jobbnak láttuk a fenti ábra szerint értelmezni és a tervezés alapjának a korábbi évek termelési és energiafelhasználási adatait tekinteni. A termelési adatok nélkül nem lehet energiagazdálkodási mutatókat képezni sem a tervezés, sem az értékelés során. (Kérdezem a szabvány magyar változatának készítőitől. ETM (eket) igen?) Az elemzés A, analyse energy use and consumption blokkját szintén a fenti ábra szerint értelmeztük. Az energiafelhasználás ugyanis szoros kapcsolatban van az üzemvitellel és a termelési volumennel, az épületek fűtése és hűtése tekintetében a nem befolyásolható külső hőmérséklettel. Ezek kapcsolatának elemzése elkerülhetetlen. A B és C blokkok értelmezésétől eltekintek, de javaslom összehasonlítani a szabvány angol és magyar változatával. A tervezés eredményével (Planning Outputs/A tervezés kimenetei) kapcsolatosan kifejtek néhány gondolatot. Az energiahatékonysági törvény a nagyvállalat számára négyévente energetikai auditálás végeztetését írja elő. Mentesíti ugyanakkor e kötelezettség alól azt a nagyvállalatot, amely az EN ISO szabványnak megfelelő, akkreditált szervezet által tanúsított energiagazdálkodási rendszert működtet. A törvény közzétételét követő másfél évben sokan megkérdezték, ISO , vagy energiaaudit a kedvezőbb. Az volt a válaszom, hogy célszerű körültekintő energiaveszteség-feltárásra alapozva az ISO minősítést megszerezni. Ez lehet a kötelezettek számára a legkedvezőbb, ez van összhangban a törvény alapjául szolgáló EU irányelvvel, s tapasztalataim szerint ez eredményezhet jelentős energia és költségmegtakarítást. A döntésnél célszerű tekintettel lenni a jogszabály kiegészítésének valószínűségére is. Az Energiahatékonysági törvény alapjául szolgáló 2012/27/EU irányelv a feladatok ismétlésének elkerülése érdekében mentesíti a négyévenkénti kötelező energetikai auditálás alól az energiagazdálkodási, és a környezetirányítási rendszert működtetőket. A mentesítést egyszerűsítésnek tekinti, de feltételhez köti. Az egyszerűsítés ellentétben a hazai törvénnyel abban nyilvánul meg, hogy nem csak az EN ISO szabványnak megfelelő, hanem általánosabban fogalmaz, az energiagazdálkodási, vagy környezetirányítási rendszert működtetőket mentesíti a kötelező energetikai auditálás alól. A feltétel az, hogy a működtetett irányítási rendszernek tartalmaznia kell az energetikai auditálás minimális elemeit. Több szakmai konferencián hangsúlyoztam, hogy az energiagazdálkodási rendszer bevezetése és működtetése akkor lesz eredményes, ha megalapozott veszteségfeltáráson alapul. Emiatt az energia-veszteségfeltárást nem szabad elkerülni. Ez képezi az energiagazdálkodás tervezésének alapját, ennek keretében a 4. ábrával összhangban kell elemezni, majd meghatározni a termelés és a hozzá tartozó energiafelhasználás bázis- és célértékeit, az energiagazdálkodási mutatókat. Az 5. ábra egy műanyagot feldolgozó üzem havi termelését szemlélteti. A viszonylag egyenletes termelésben tapasztalható ugrások az új gépek belépését tükrözik. Az új gépek belépésére tekintettel nyilvánvaló, hogy sem havi, sem éves bázisnak nem tekinthető a feldolgozott alapanyag átlagos értéke, tekintettel kell lenni a termelő gépek számára. A gépek számához és tervezett üzemidejéhez ugyanakkor már köthető a feldolgozott mennyiség és havi, vagy éves termelése. A gépek audit során feltárt fajlagos energiafelhasználásának figyelembevételével már meghatározható a termelés várható energiafelhasználása és célértéke havi, vagy éves szinten. Feldolgozott alapanyag, t/hó Bázis, 2880 t/hó Éves bázis, t/év Bázis? Nyári karbantartás Új gépcsoport belépése, +80 t/hó Bázis, 2030 t/hó Karácsonyi szünet, karbantartás 5. ábra. Az alapanyag feldolgozás bázis és célértékének meghatározása Meghatározható pl., hogy a havi alapanyag feldolgozás fajlagos bázis és célértéke legyen 80 t/gép, hó, legyen cél, hogy 36 gép folyamatosan üzemeljen, s a feldolgozás havi célértéke legyen 2880 t/hó. Ezekhez rendelhető az energiafelhasználás arra is tekintettel, hogy a vállalati energiafelhasználásnak van egy termeléstől független és egy termeléssel arányos összetevője. Miközben a technológia energiafelhasználása a termeléshez kötött, a komfort fűtés és hűtés a külső hőmérséklethez. Emiatt fontos a fűtési és hűtési energiafelhasználás bázis- és célértékeit a külső hőmérséklethez kötni, az energiafelügyeleti rendszerrel a fogyasztást folyamatosan értékelni. A 6. ábra egy üzem földgáz felhasználását a havi tényleges és a sok éves meteorológiai adatok alapján meghatározott átlagos külső hőmérsékleteket és a fogyasztás külső hőmérséklet szerinti korrigált értékeit mutatja havi bontásban. A 7. ábra ugyanazon telephelyre mutatja a hűtésre felhasznált villanyt havi bontásban. Az ábrán ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 5

8 Zsebik A.: Az energiagazdálkodás tervezése és értékelése, szakreferensi jelentések jelölt technológiai hűtést havi bontásban állandónak tekintettük. Az üzemvitel elemzése során megállapítottuk, hogy szabad hűtéssel a technológiai hűtési igény nagy része kielégíthető (8. ábra). Ez a megállapítás egyben a támogatás nélkül is elvárható módon megtérülő intézkedést is jelent. A tervezés során a megvalósítás ütem és költségtervének kidolgozását kell elvégezni. 6. ábra. A évi földgáz felhasználás és külső hőmérséklet szerint korrigált értékei Teljesítmény-igény [kw] 1. gép 2. gép Összesen Ventilátorok Szivattyúk Technológiai hűtés 7. ábra. A hűtésre fordított villamos energia 2015-ben Fűtési igény Hűtési igény Hulladék hővel ellátható Időtartam [h/év] Szabad hűtéssel ellátható és az energetikai szakreferens igénybevételére köteles gazdálkodó szervezetek energiafelhasználásának mértékére, valamint energiamegtakarítására vonatkozó adatszolgáltatás rendjéről az elnöki rendelet is. A rendeletből a Tisztelt Olvasó számára csupán azt emelem ki, hogy 1. Az adatszolgáltató a Magyar Energetikai és Közmű-szabályozási Hivatal honlapján közzétett nyomtatvány kitöltésével és elektronikus úton történő beküldésével teljesíti az adatszolgáltatást. 2. Az energetikai szakreferens igénybevételére köteles gazdálkodó szervezet adatszolgáltatását a szakreferens nyújtja be a gazdálkodó szervezet nevében. 3. Az első adatszolgáltatást nagyvállalatok esetén június 30-áig, nagyvállalatnak nem minősülő energetikai szakreferens igénybevételére köteles gazdálkodó szervezet esetén június 30-áig kell teljesíteni. A cikk készítésének idején a honlapon még nem találtam meg a hivatkozott nyomtatványt, ezért előzetes szándékommal összhangban, de már a rendelet ismeretében foglalom össze, mit is állítanék össze szakreferensi jelentésként. Ismét a korábbi tapasztalataimból indulok ki. Az energiaveszteség-feltárást záró jelentéseinkhez mellékletként szoktuk csatolni a Megbízóval egyeztetetten rangsorolt energiahatékonyság növelő intézkedések projektlapjait, amelyek a javaslatok megvalósítására vonatkozó döntéseket is segítik. Erre történik hivatkozás a tervezés folyamatát szemléltető ábra eredmény oszlopában. Az alábbiakban az Energiaveszteség-feltárás tantárgy keretében az egyetemi hallgatóknak mintaként kiosztott áprilisi keltezésű projektlap adatait ismertetem. Valami hasonló képezheti alapját a szakreferensi jelentéseknek. Az MT azonosító számmal ellátott projektlap tartalmazza, hogy ki, ki számára készítette az energiahatékonyság növelő javaslatot. Itt cégnevek szerepelnek. Tartalmazza továbbá az üzem nevét, amelyre a javaslat vonatkozik, a témafelelősök nevét és elérhetőségüket a Megbízó és Megbízott részéről. A javaslat kidolgozásának időpontját. Ezt követően a következőket: JAVASLAT MEGNEVEZÉSE: Füstgáz hőhasznosítók telepítése JAVASLAT MEGVALÓSÍTÁSÁNAK HELYE: X - kazánház JELENLEGI KÖRÜLMÉNYEK (egyszerűsített ábrával, kapcsolási vázlattal): Az üzemben található 5 db kazán közül, csak 2 db rendelkezik tápvíz-előmelegítő berendezéssel, így a 3HG 10/14 kazánokból a füstgáz magas hőmérsékleten ( C) távozik ábra. A fűtési és hűtési energiaigény tartamdiagramja és kielégítésének lehetséges módja Szakreferensi jelentések A konferencia előadásom címét a szakreferensi feladatokat pontosító MEKH elnöki rendelet megjelenése előtt adtam meg. Előadásom cikk formában való elkészítésekor a törvény és a kapcsolódó kormányrendelet mellett már rendelkezésemre állt a nagyvállalatok 6 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

9 Zsebik A.: Az energiagazdálkodás tervezése és értékelése, szakreferensi jelentések AZ ENERGIA- HATÉKONYSÁG NÖVELÉSÉRE VONATKOZÓ JA- VASLAT (egyszerűsített ábrával, kapcsolási vázlattal): Javasoljuk a GR azonosítási számú tanulmányunk, és a helyszínen történt egyeztetés alapján az alapterhelést kielégítő, illetve a terhelési csúcsoknál besegítő 3HG 10/14 kazánokra (K2 és K3) egy közös füstgázhasznosító (FGH3) beépítését, a jelenlegi kazán fölé épített kémény felhasználásával. Az FGH alkalmazásával a füstgáz kilépő hőmérséklete 135 C-ra csökkenthető, és a tüzelőanyag felhasználás mintegy 6%-kal csökken. Megtérülési idő (egyszerűsített számítással számolva): A MEGVALÓSÍTÁS VÁRHATÓ HATÁSA, EREDMÉNYE: Bázis értékek (jelenlegi) Megvalósítás utáni érték Nettó megtakarítás Villamos energia Hőfelhasználás Tüzelőanyag Energia költség * CO 2 kibocsátás [GJ/év] [kwh/év] [gnm 3 /év] [eft/év] [t/év] ,50 Ft/m 3 gázárral és 14,60 Ft/kWh villamos energia fajlagos árral számolva KÖLTSÉG - HASZONELEMZÉS: Megvalósítás várható költsége: [eft] Műszaki tervezés: Berendezések beszerzése: Kivitelezés Üzembehelyezés 200 A létesítmény teljes költsége: Az üzemeltetési és karbantartási költségnövekmény: - eft/év A majdnem 15 évvel ezelőtt készült projektlapon figyelemre méltóak az energia árak és a feltételezett beruházási költség, a gazdasági elemzés eredménye és a hozzá mellékletként csatol premisszái. Gazdaságossági elemzés összefoglalója Az egyik 3 HG 10/14 kazán füstgáz hőhasznosítóval való kiegészítése viszonylag kedvező mutatókat ad, az NPV a beruházási költség kb. negyede. IRR = 23% NPV = 3 M Ft Megtérülési idő = 6 év Megnevezés m.e Költségmegtakarítás Gázmennyiség megtakarítás em 3 /a 56,5 113,0 113,0 113,0 113,0 113,0 113,0 113,0 113,0 113,0 56,5 Gázár Ft/m 3 32,50 29,58 27,92 24,29 21, ,33 21,33 21,33 21,33 21,33 Gázköltség megtakarítás MFt/a 1,8 3,3 3,2 2,7 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 1,2 Költségmegtakarítások hozama MFt/a 1,84 3,34 3,15 2,74 2,41 2,41 2,41 2,41 2,41 2,41 1,21 ÉCS MFt/a 0,80 1,60 1,60 1,60 1,60 1,60 1,60 0,63 0,00 0,00 0,00 Adózás előtti eredmény növekmény/csökkenés MFt/a 1,04 1,75 1,56 1,15 0,82 0,82 0,82 1,78 2,41 2,41 1,21 Adó MFt/a 0,19 0,31 0,28 0,21 0,15 0,15 0,24 0,53 0,72 0,72 0,36 Adózott eredmény növ./csökk. MFt/a 0,85 1,43 1,28 0,94 0,67 0,67 0,57 1,24 1,69 1,69 0,84 Működési CF MFt 1,65 3,03 2,87 2,54 2,26 2,26 2,17 1,88 1,69 1,69 0,84 Beruházási CF MFt 11,00 Eszközök bruttó értéke MFt 11,00 11,00 11,00 11,00 11,00 11,00 11,00 11,00 11,00 11,00 11,00 ÉCS 14,5% 0,80 1,60 1,60 1,60 1,60 1,60 1,60 0,63 0,00 0,00 0,00 Eszközök nettó értéke MFt 10,20 8,61 7,01 5,42 3,82 2,23 0,63 0,00 0,00 0,00 0,00 CF működésből és beruházásból MFt -9,4 3,0 2,9 2,5 2,3 2,3 2,2 1,9 1,7 1,7 0,8 Diszkontált CF MFt -9,35 2,62 2,18 1,69 1,33 1,20 1,04 0,80 0,64 0,58 0,26 Kumulált Diszkontált CF MFt -9,35-6,73-4,55-2,85-1,52-0,32 0,72 1,52 2,16 2,74 2,99 Megjegyzés: A projekt a legkedvezőtlenebb esetben már negatív nettó jelenértéket mutat, az ábrán látható, ez a veszély a mindkét jellemzőben realizálódó 25%-os kedvezőtlen irányú eltérés esetén fenyeget. ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 7

10 Zsebik A.: Az energiagazdálkodás tervezése és értékelése, szakreferensi jelentések szolgál a szakreferensi jelentéshez. Ha nem, a 4. ábrával összhangban, az energiagazdálkodás tervezésének tárgyát képezik a projektlapok. A szakreferens követi a javasolt intézkedések monitoring rendszerének tervezését és megvalósítását, majd a mérési eredmények alapján elkészíti a megtakarítást igazoló jelentését. Rövidítések: IRR belső megtérülési ráta (Internal Rate of Return) NPV nettó jelenérték (Net Present Value) CF pénzáramlás (Cash Flow) DCF diszkontált pénzáramlás (Diszkontált Cashflow) ÉCS értékcsökkenés Melléklet: A gazdaságossági értékelés premisszái és feltételezései A gazdaságossági számítások során a gazdasági környezetre vonatkozó feltételezéseket és gazdálkodási tényadatokat a Megbízó adatszolgáltatása szerint végeztük. A vizsgálat tíz évére vonatkozó mutatók, árak értéke az 1. táblázatban van összefoglalva. A bázisévben, azaz 2002-ben az egyes telephelyeken érvényes árakat a 2. táblázat mutatja be. A számításokat a Diszkontált Cashflow (DCF) módszerrel végeztük, az elvárások szerinti 10 éves időtartamra. A vizsgált javaslatok alapján üzembe helyezett eszközök leírása a számításokban 14,5%-os kulccsal történik, a finanszírozásnál 100%-ban saját forrás szerepel. Az érzékenységi vizsgálatokat a beruházások %-os növekedésére és a hozamok egyidejű %-os csökkenésére végeztük el. A vizsgált beruházások legkorábban második félévében léphetnek üzembe. Ezért a vizsgálatban az első évet, a évet törtévként vettük figyelembe, a 10 éves vizsgálati időtartam megléte érdekében a évet mint törtévet hozzávettük. Ebben a két törtévben a hozamok és a költségek az éves értékek 50%-ával vannak figyelembe véve. A évre vonatkozó premisszákat a megelőző adatsorból extrapolálással képeztük. Az eredmények bemutatása valamennyi alprojekt esetében azonos módon történik meg, a gazdaságossági értékelésre vonatkozóan a Megbízó által megadott szempontok szerint. Először az összefoglaló jellemzőket adjuk meg, majd a 10 éves lefutás előírt pénzügyi jellemzői következnek táblázatosan, végül az érzékenység vizsgálat diagramban. Feltételezem, hogy az energiaveszteség-feltárást végzők javaslataikat hasonló tartalmú projektlapokkal támasztják alá, s ez kiinduló alapul 2. táblázat. A bázisévi árak Villamos Telephely energia Ipari víz Lágyvíz Termálvíz [Ft/kWh] [Ft/m 3 ] [Ft/m 3 ] [Ft/m 3 ] X telephely 14,6 128,6 586,6 60 Y telephely 18,2 146,3 586,6 Az energetikai auditálási kötelezettség lehetőség Az energiaveszteség-feltárásra szakosodott mérnökök jobbító javaslataikkal az Energiahatékonysági törvény kidolgozása előtt is sok millió forintot takarítottak meg megbízóiknak. A veszteségfeltárás kötelezővé tétele mérnökök százait ösztönzi a szakosodásra, nyújt számukra munkalehetőséget, s az energia-megtakarításra tett és megvalósított javaslataikkal bizonyára sok sikerélményt. A kötelezettség felértékeli a vállalati energetikusok és energetikai szakreferensek szerepét. A vállalatok külső szakértővel, vagy annak közreműködésével elvégez(tet) hetik cégük veszteségfeltárását, az ISO minősítésre való felkészítést. Ez segítheti, eredményesebbé teheti munkájukat az energiagazdálkodás és a környezetvédelmi elvárások tekintetében. Az energetikai auditálási kötelezettség felelősség Az energetikai auditálási kötelezettség felelősséggel is jár. A felelősség mind a vállalatvezetőket, mind a veszteségfeltárást végző mérnököket terheli. Mindannyiuknak figyelni kell arra, hogy a veszteségfeltárás ne csak a törvény által előírt kötelezettségnek tegyen eleget, hanem a javasolt intézkedések megvalósításával a törvény célkitűzésével összhangban járuljon hozzá a nemzeti energiahatékonysági célkitűzés teljesítéséhez, a cég energiafogyasztásának és költségeinek csökkentéséhez. A felelősség mindkét részről többoldalú. A rangsorban első helyen áll a jól végzett és eredményes munka, ezáltal az energetikus szakma tekintélyének megőrzése. Nem kevésbé fontos azonban az etikus magatartás. Fontos lenne, ha a megbízások odaítélésénél nem az ár, hanem a szakszerűség kapna döntő szerepet. Javaslom, hogy az energetikai auditálást és a szakreferensi feladatok ellátását tekintsük szép feladatnak. Tekintsük ösztönzőnek az energiaveszteségek-feltárására, lehetőségnek a felelősségteljes munkára, s kihívásnak az eredményes mérnöki tevékenységre. Számoljuk és gyűjtsük a javaslatainkkal elérhető és elért energia- és költség-megtakarítást. Hivatkozott források [1] évi LVII. törvény az energiahatékonyságról és a kapcsolódó rendeletek [2] EN ISO szabványok és magyar nyelvű változatai [3] EN ISO szabvány és magyar nyelvű változata [4] Magyar Energiagazdaság és Energiagazdálkodás szakfolyóiratok [6] Energiaveszteségek feltárása. Energiafelügyelet, Energiahatékonysági Iroda, Budapest, [7] Zsebik A.: Energiaveszteség-feltárás. Oktatási segédanyag, kézirat. Budapest, szeptember [8] Szabó I. - Zsebik A.: Irányítási feladatok a távhőellátásban. Energiagazdálkodás, XXXVI. évf április, 4. sz oldal. [9] Projektlap minta. Oktatási segédanyag, Budapest, április 1. táblázat. A gazdaságossági számítások premisszái Megnevezés Fogyasztói árindex [%] 7 6 5, ,5 4, ,5 3,5 Termelői árindex [%] 6,5 5,5 5 4,5 4,5 3,5 3, ,5 2,5 Társasági nyereségadó [%] WACC [%] 15,65 15,44 14,80 14,41 14,13 13,57 13,04 12,93 12,83 12,69 12,69 Földgázár [Ft/m 3 ] 32,50 29,58 27,92 24,29 21,33 21,33 21,33 21,33 21,33 21,33 21,33 8 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

11 K L E N E N Napelemek telepítésének hatása a kisfeszültségű hálózatok 1 felharmonikus viselkedésére Csondor Bálint villamosmérnök, csondor.balint@eszk.org A napjainkban egyre jobban elterjedő napelemes rendszerei képesek megváltoztatni a villamos hálózat felharmonikus viszonyait. Neplan szoftver segítségével, számítógépes szimulációk során megvizsgáltam, hogy az elterjedő háztartási méretű kiserőművek milyen hatással lehetnek a kisfeszültségű hálózat feszültség, áram és felharmonikus viszonyaira. Négy különböző PV penetrációjú hálózatra futtattam szimulációkat, figyelembe véve a fogyasztók elektronikus eszközeinek felharmonikus szennyezését is. 1 * Nowadays, the more and more common solar systems are able to change the harmonic situation of the grid by inverters. With the help of Neplan software I monitored the effect of the domestic solar systems to the low voltage grid s voltage, current and harmonics. I ran the simulations for four different PV penetration considering the domestic systems equipment s electronic contamination. * * * Az utóbbi években, évtizedekben sajnálatos módon az emberiség a fejlődés érdekében figyelmen kívül hagyta környezetét, hatalmas károkat okozva abban. Természetesen ez a folyamat hosszú távon nem tartható fent, hisz nem tehetjük tönkre élőhelyünket. Ennek köszönhetően napjainkban egyre nagyobb hangsúlyt fektetünk környezetünk védelmére. Számos törvény, szabályozás született, hogy minél hatékonyabban óvjuk élőhelyünket. A megújuló energiaforrások használatával visszaszorítható az üvegházeffektus, csökkenthető a káros gázok kibocsátása, illetve növelhető az energiahatékonyság. Ennek köszönhetően napjaink energiatermelésében egyre nagyobb szerepet játszanak a megújuló energiaforrások. Azonban míg a környezetre pozitív hatással vannak a napelemes rendszerek, addig a villamos hálózaton különböző negatív hatásokat fejthetnek ki. Ilyen negatív hatás lehet pl. a felharmonikus szenynyezés. A napelemek által megtermelt energia egyenáramú, így annak hálózatba való táplálásához inverterre van szükség, amely az egyenáramot váltakozó árammá alakítja. Az inverterek úgynevezett felharmonikusokkal szennyezik a hálózatot, melyek képesek oly mértékben megváltoztatni a hálózat viszonyait, hogy azok nem csak a napelem telepítésének környezetében, hanem terjedésük miatt a középfeszültségű hálózaton is különböző problémákat okozhatnak. Felharmonikusok [2] [3] A villamos hálózaton tökéletes esetben 50 Hz frekvenciájú, szinuszos jelalakú periodikus jel mérhető. A valóságban ez a jel különböző hatások miatt, (pl. a napelemes rendszerek miatt) torzulhat. Ezekben az esetekben úgynevezett felharmonikusok jelennek meg a hálózaton. 1 A szerzőnek a KLENEN 17 konferencián (Gárdony, március 7-8.) elhangzott előadása ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám Periodikus jelek felbonthatók különböző frekvenciájú, fázisú és amplitúdójú szinuszos és koszinuszos jelek összegére, ahol a tagok az alapharmonikus egész számú többszörösei szerint periodikusak. Fourier tételét alkalmazva a mérnöki valós alak a következő: h= 1 i( t) = I 0 + I kcos ( hω t+ ρ ) 1 k A fenti egyenletben a jelölések jelentése: I 0 állandó (egyen) összetevő I k h. harmonikus csúcsértéke ρ k h. harmonikus kezdőfázisa h harmonikus rendszáma ω 1 =2πf alapharmonikus körfrekvenciája (f=50 Hz) Fourier sorfejtéssel tehát lehetőségünk nyílik az adott jelet időtartomány mellett frekvenciatartományban is vizsgálni. A sorfejtett jel tartalmazza az egyes összetevők amplitúdóját (rendszerint decibelben) és kezdőfázisát az adott körfrekvencián. Az 50 Hz-nél nagyobb harmonikusokat felharmonikusnak nevezzük. A teljes harmonikus torzítás (THD) megmutatja számunkra, hogy az adott periodikus jel a felharmonikusoknak köszönhetően milyen mértékben torzul, változik az alapharmonikushoz képest, milyen mértékben tér el a tiszta szinuszos jeltől. A THD jól jellemzi a fogyasztó nemlinearítását. A teljes harmonikus torzulás (THD) a feszültségre (2) és áramra (3): THD THD 2 = h= U U1 2 = h= I I 1 U 2 h I 2 h 100% 100% Az előbbi összefüggésekben az 1 index az alapharmonikust jelenti, a h index a harmonikus rendszámot. A THD értéke a feszültség esetén egyértelmű és a százalékban kifejezett mérőszámok összehasonlíthatók a különböző feszültségszinteken. Ugyanakkor az áram esetében a százalékos érték sokszor félrevezető lehet az alapharmonikus tényleges értéke nélkül. A felharmonikusok különböző hibákat, hibás működést eredményezhetnek a hálózaton. Hálózati rezonancia egyes harmonikus rendszámokon, ami feszültség-, illetve áram-túligénybevételt okozhat Hálózati elemek túlterhelődése, túlmelegedése (kábelek, transzformátorok) Téves védelmi működések (pl. bekapcsolási áramlökésre transzformátor differenciálvédelem működés) Postai vonalak zavarása (a légvezetékekben folyó zérus sorrendű harmonikus áramok a postai vezetékbe történő átindukálása következtében) Gyújtásszögvezérelt berendezések hibás vezérlése (1) (2) (3) 9

12 Csondor B.: Napelemek telepítésének hatása a kisfeszültségű hálózatok felharmonikus viselkedésére A szimulált hálózat elemei A kisfeszültségű hálózat modellezésénél mindvégig az volt a cél, hogy minél valósághűbb modell szülessen. A szimulációk Neplan szoftverrel futottak. Topológia A munka során a fogyasztók modellezése bizonyult a legösszetettebb feladatnak. Harmonikus modellezés során a szoftver nem enged időbeli szimulációt, ezért minden egyes órára külön szimuláció lett futtatva. A fogyasztók óránkénti teljesítményfelvétele valós negyedórás mérési eredmények alapján lettek meghatározva. A mérés alapján a 240 db fogyasztó véletlenszerűen választott. A fogyasztók hármasával csoportosítottak s a programban egy terhelésként lettek felvéve. A fogyasztók tehát az egyes házakat, mérőórákat jelentették, míg a terhelés a három fogyasztó együttesét jelentette. A terhelések 3 fázisúan csatlakoztak a csatlakozási 1. ábra. A hálózat topológiája pontokhoz. Háztartások Egy mai háztartás harmonikus modellezése összetett feladat. Minden egyes eszköz különböző jelalakú áramot vesz fel. A szimulációban az egyes háztartási eszközök (pl. rádió, számítógép) külön lettek modellezve. Az egyes eszközök páratlan harmonikus áramai jól közelíthetőek az alábbi képlettel: I h 1 I h = α A h a harmonikus rendszámot, az α pedig a tanulmány [4] által az egyes eszközökre meghatározott súlyozást jelöli. A tanulmány tartalmazza az egyes háztartási eszközök (pl.: TV, laptop, mikrohullámú sütő, hajszárító stb.) alapharmonikus áramait, illetve azokból a fenti képlet segítségével meghatározhatóak a felharmonikus áramok százalékos értékei. A tanulmány 13. felharmonikusig tartalmazza a szögeket, így a szimulációk is a 13. felharmonikusig terjednek. 1. táblázat. Fogyasztói modellek felépítése Ház I. Ház II. Ház III. Ház IV. Ház V. Ház VI. Kompakt fénycső 4 db 8 db 8 db 8 db PC 1 db 1 db 1 db 2 db Monitor 1 db 1 db 1 db 2 db Laptop 1 db 1 db 1 db 1 db LCD TV 2 db 2 db CRT TV 1 db 1 db Mikro. sütő 1 db 1 db 1 db Hűtő 1 db 1 db 1 db 1 db 1 db 1 db Mosógép Szárítógép Kazán 1 db 1 db 1 db 1 db 1 db Összesen 150 W 650 W 1000 W 2000 W 3000 W 4000 W (4) Teljesítményfelvételük alapján különböző háztartási csoportokat hoztam létre. A háztartási csoportokba különböző elektronikus eszközöket soroltam be (1. táblázat). Ahogy nőtt a háztartás teljesítmény felvétele, úgy kerültek be újabb és újabb eszközök. Fontos megjegyezni, hogy a programban egy terhelés 3 fogyasztót tartalmaz, emiatt háromszoros értékekkel számolva az alábbi táblázat alapján soroltam be a terheléseket: 2. táblázat. Háztartások besorolása Minimum Háztartás Maximum Háztartás I. < 900 W 901 W < Háztartás II. < 2400 W 2401 W < Háztartás III. < 4500 W 4501 W < Háztartás IV. < 7500 W 7501 W < Háztartás V. < W W < Háztartás VI. A terheléseket ezt követően minden egyes órában teljesítményfelvételük alapján besoroltam a háztartási csoportok valamelyikébe. Ez azt jelentette, hogy ha napközben nőtt a fogyasztás az adott terhelésnél, akkor az a teljesítményfelvételének megfelelően átkerülhetett egy másik csoportba. Az alacsonyabb teljesítményfelvételű háztartások értelemszerűen kevesebb eszközt, míg a nagyobb teljesítményfelvételűek több eszközt tartalmaztak. Azzal, hogy százalékosan lettek meghatározva a háztartások felharmonikus áramai, elértem, hogy az azonos háztartási csoportba tartozó, de különböző teljesítményfelvételű terhelések is eltérő mértékű felharmonikus áramokat vegyenek fel. Napelemes rendszerek Magyarország időjárási és éghajlati viszonyait figyelembe véve 1 kwp teljesítményű napelemes rendszer kb kwh energiát termel évente. Természetesen ehhez rendelkezésre kell állnia a megfelelő nagyságú felületnek. (Tetőn, egyéb helyen.) Emellett a fenti számítási módszer déli tájolás esetén optimális. Feltételeztem, hogy a szimulálandó transzformátorkörzetben rendelkezésre áll a megfelelő terület a napelemek számára, illetve déli tájolású vagy azzal ekvivalens méretű rendszert telepítettek. A fenti számítási módszer értelmében tehát a negyedórás mérési eredményekből kiszámoltam az éves fogyasztást a fogyasztóknál, majd ennek függvényében határoztam meg a napelemes rendszer méretét az egyes terhelésekhez. A napelem profilját valóságos mérési eredmények alapján állítottam be. Mivel a terhelések három egyfázisú fogyasztót jelentenek, így a napelemes rendszereket is úgy méreteztem, hogy mind a három fogyasztó rendelkezik egy-egy napelemes rendszerrel, s ez a három rendszer jelent a modellben 1 db egy napelemes rendszert. Ennek 1 db okán az invertereket háromfázisra csatlakoztattam cos ϕ = 1-es teljesítménytényezővel. 10 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

13 Csondor B.: Napelemek telepítésének hatása a kisfeszültségű hálózatok felharmonikus viselkedésére Szimulációk A szimulációk célja a harmonikus viszonyok vizsgálata volt a meghatározott hálózaton. Azonban ahhoz, hogy a hálózaton megfelelő feszültségviszonyok vannak-e, úgynevezett loadflow szimulációkat futtattam. Ezzel a hálózatszámítási módszerrel megvizsgálhatók az egyes elemek terhelései. A különböző PV penetrációk esetén minden esetben megvizsgáltam, hogy a MSZ EN szabvány által megadott intervallum közé esik-e a feszültség. Penetráció fogalma alatt a darabszámot értettem. Tehát 25%-os penetráció azt jelenti, hogy minden negyedik terheléshez csatlakoztattam egy napelemes rendszert A harmonikus viszonyok vizsgálatához a Neplan hálózatszámító szoftver Harmonikus számítás elnevezésű számítási módját használtam. A szimuláció során megvizsgáltam, hogy hogyan változik a hálózat felharmonikus viszonya a háztartási eszközök miatt, napelemes rendszerek nélkül az egyes órákban. Ezt követően tanulmányoztam, hogy milyen hatással van adott penetráció mellett a napelemes rendszer a felharmonikus viszonyokra. A legnagyobb változást a déli órákban vártam, hiszen ekkor adja le az inverter a hálózat felé a legnagyobb teljesítményt és természetesen a legnagyobb értékű áramot is. Ebből következően ilyenkor legnagyobbak a felharmonikus áramok is. A szimuláció során mindvégig ügyeltem, hogy MSZ EN szabványnak megfelelnek-e a felharmonikus értékek. Feszültség értékek A négy penetráció feszültségértékeit vizsgálva két nagy csoportba oszthatóak. Különbséget kell tenni, hogy a transzformátor terhelés alatt szabályozható-e vagy sem. A 25%-os penetráció esetében, amikor a transzformátor nem volt terhelés alatt szabályozható, akkor különösen a déli órákban napelemes rendszerek működése közben egyértelműen megemelkedtek a feszültség értékek a 0%-os penetrációhoz képest. A feszültség görbén elkezdett megjelenni a napelemes rendszerek termelési görbéjére jellemző haranggörbe alak. (2. ábra) Gyűjtősín feszültsége 20 V-tal magasabb volt, mint az egyes végpontok feszültsége. 25%- os PV penetráció esetén ez a kép megfordult, volt olyan végpont, amelynek a feszültsége 10 V-tal magasabb volt, mint a gyűjtősíné. Az 50%-os és 75%-os PV penetráció esetén már olyan jelentős feszültségemelkedés jött létre a transzformátor kisfeszültségű gyűjtősínén, hogy terhelés alatt szabályozható transzformátort kellett alkalmazni. Hasonlóan a 25%-os penetrációjú esethez, a napelemes rendszereknek köszönhetően ekkor sem a transzformátor kisfeszültségű gyűjtősínén találhatóak a legmagasabb feszültségek. A feszültség értékeket tekintve elmondható, hogy a napelemes rendszerek következtében megemelkedtek az egyes csatlakozási pontok feszültségei, illetve jellemzően a déli órákban nem a transzformátor kisfeszültségű gyűjtősínén volt a legmagasabb feszültség. 50%-os és 75%-os PV penetráció esetén oly jelentős ez a változás, hogy a meglévő transzformátort egy terhelés alatt szabályozható transzformátorra kellett cserélni. Áram értékek A négy penetráció áramértékeit vizsgálva a napelemes rendszer karakterisztikája miatt reggel 6 óráig, illetve este 19 óra után természetesen nem változik az átfolyó áram értéke a transzformátor gyűjtősínén. Mivel hétköznapokon napközben többségében az emberek nem tartózkodnak otthonaikban, így a fogyasztás is alacsony. Ennek köszönhetően a fotovoltaikus rendszerek által megtermelt energia a középfeszültségű hálózat irányába fog áramlani, tehát megváltozik a teljesítményáramlás iránya a hálózaton. 25%-os PV penetráció esetén 10 és 15 óra között, 50%-os penetráció esetén már 8 és 17 óra között, 75%-os PV penetráció esetén pedig 8 és 18 óra között áll fenn ez a jelenség. A maximum mind három esetben 13 órára tehető, ekkor 25%-os penetráció esetén a gyűjtősínen folyó maximális áram 184 A, 50%-os esetben 493 A, 75%-os esetben pedig 690 A. A 75%-os penetráció esetén folyó áramok már 20%- kal meghaladnák a transzformátor névleges áramának értékét. Ez látható az 3. ábrán. (A negatív előjel az áramlás irányának megváltozását jelenti, kisfeszültségű hálózat felől a középfeszültségű oldal felé.) U/Un 105,0% 104,8% 104,6% 104,4% 104,2% 104,0% 103,8% óra 2. ábra. 25%-os PV penetráció feszültség értékei a transzformátor kisfeszültségű oldalán Még napelemes rendszerek nélkül az esti órákra adott a transzformátor kisfeszültségű oldalának feszültségmaximuma, addig ez a csúcs a napelemes rendszerek megjelenésével a déli órákra tolódott el. Azonban nem csak a kisfeszültségű gyűjtősín feszültség értékei emelkedtek meg, hanem az egész hálózat feszültségképe is megváltozott. Napelemes rendszerek nélkül a tápponttól távolodva egyre csökkent a feszültség, köszönhetően a terheléseknek, illetve a vezetékeken fellépő feszültségeséseknek. A déli órákban a fotovoltaikus rendszerek nélküli esetben a gyűjtősín feszültsége 3. ábra. A transzformátor kisfeszültségű oldalán folyó áramok mértéke Nagyszámú napelemes rendszerek esetén a későbbiekben gondot jelenthet a fogyasztási és termelési görbe különbsége. Azaz a napelemes rendszerünk termelési csúcsa a déli órákra tehető, míg a fogyasztásé az esti órákra. Így a rendszer nem csak az esti órákban, hanem a déli órákban is jelentős terhelés mellett üzemel. ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 11

14 Csondor B.: Napelemek telepítésének hatása a kisfeszültségű hálózatok felharmonikus viselkedésére A nagyobb igénybevétel akár a hálózat korábbi elöregedéséhez, illetve egyéb problémákhoz vezethet. 4.3 THD u értékek A THD u értékeket vizsgálva nem szabad elfeledkezni, hogy nemcsak a napelemes rendszerek képesek felharmonikusan szennyezni a hálózatot, hanem a fogyasztók elektronikus eszközei is. Az eszközök hatása látható a 3. ábrán a 0%-os esetnél. Ekkor ugyanis a hálózat felharmonikus torzítása csak a fogyasztóktól származik. Az ábrán látható, hogy a napelemes rendszerek megjelenésével ugyan a THD u értékek növekedtek a 0%-os penetrációhoz képest, de a napelemes rendszerek nem változtatták meg jelentősen a karakterisztikájukat. Ez a jelenség az általam vizsgált hálózat esetében 75%-os PV penetrációnál jelent meg. Ekkor jellemzően a 3. és 9. felharmonikus több csatlakozási ponton is, több órán keresztül a szabványban megengedett értékeknél magasabb értéket vett fel. A 3. felharmonikus esetében nem olyan jelentős túllépést észleltem, míg a 9 esetén már jelentősebb, 15%-os túllépést. Természetesen minél több napelemes rendszer jelent meg a hálózaton, annál nagyobb volt a feszültség felharmonikus torzítása. 5. ábra. 75%-os PV penetráció esetén az első leágazás végpontjának feharmonikus feszültségeinek THD u értékei óra között (pirossal a szabványelőírásnál magasabb értékek) 4. ábra. Az első leágazás végpontjának csatlakozási pontjának THD u értékei 0%, 25% és 50%-os PV penetráció esetén A THD értékeket vizsgálva megállapítottam, hogy az egyes csatlakozási pontok THD u értékei nagyszámú PV penetráció mellett emelkednek, de nem lépték túl a szabványban rögzített 8%-os THD u értéket. A szabvány azonban nem csak a csatlakozási pontok THD értékére ad előírást, hanem meghatározza az egyes felharmonikus feszültségek százalékos értékét is. A napelemes rendszerek képesek az egyes felharmonikusok értékeit olyannyira megnövelni, hogy ugyan a THD értékek a 8% alatt maradnak, de az egyes felharmonikus értékek a szabványban rögzítettnél magasabb értékkel rendelkeznek. THD i értékek Az egyes csatlakozási pontokon a THD i értékek nem változtak jelentősen a napelemes rendszerek révén. Ezekben az esetekben a transzformátor kisfeszültségű gyűjtősínét volt érdemes vizsgálnom, mert ebből érdekes megállapítás vonható le. Az invertereknek köszönhetően, 25%-os PV penetráció esetén a transzformátor kisfeszültségű gyűjtősínén nagyobb THD i értékek jelennek meg a napelemes rendszerek nélküli esethez viszonyítva. Ahogy az inverterek száma egyre nőtt, és egyre nagyobb áramot injektálnak a hálózatba, úgy a THD i értékek elkezdenek csökkenni. 50%-os PV penetráció esetén a transzformátor kisfeszültségű oldalán alacsonyabb THD i értékek jelennek meg, mint 0%-os penetráció esetén. (6. ábra) 3. táblázat. 75%-os PV penetráció esetén az első leágazás végpontjának feharmonikus feszültségeinek THDu érétkei óra között Harmonikusok THD u [%] Szög [ ] 3. felharmonikus 5,09 256,45 5. felharmonikus 0,39 181,9 7. felharmonikus 0,61 113,45 9. felharmonikus 1,71 246, felharmonikus 0,56 187, felharmonikus 0,63 225,58 6. ábra. THD i értékek változása a nap folyamán a transzformátor kisfeszültségű oldalán Azonban nem szabad megfeledkezni arról, hogy a THD i százalékos érték, amely a felharmonikusok mértékét írja le az alapharmonikushoz képest. Ennek következtében, ha a felharmonikus áramok megnőnek, de az alapharmonikus is nő, akkor a THD i értéke is kisebb lehet. Ez jól megfigyelhető az általam vizsgált hálózati modellen is. Ha az 50%-os PV penetráció óra közti időszakát veszem alapul, jellemzően a felharmonikus áramok nagyobbak a 0%-os PV penetrációhoz képest, a THD i értéke mégis majdnem a fele lett. A fentiek alapján a THD i értékeknél célszerűbb az alapharmonikus helyett a transzformátor névleges áramához viszonyítani. 12 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

15 Csondor B.: Napelemek telepítésének hatása a kisfeszültségű hálózatok felharmonikus viselkedésére 4. táblázat. Kisfeszültségű gyűjtősín THD i %-os értékei Óra % 3,9 3,2 4,1 4,2 4,1 4,1 4,1 4,3 4,3 4,2 4,3 3,4 4,2 25% 4,2 4,7 11,1 14,6 12,8 8,1 7,3 9,3 5,6 14,2 13,1 5,6 4,5 50% 4,3 6,3 11,1 7,4 3,5 3,2 3,0 3,5 4,3 5,0 10,1 8,4 4,7 5. táblázat. Kisfeszültségű gyűjtősínen mérhető felharmonikus áramok értékek óra között Harmonikusok 0% PV [A] 25% PV [A] 50% PV [A] 3. felharmonikus 10,05 11,86 13,12 5. felharmonikus 4,38 3,86 3,66 7. felharmonikus 4,1 4,16 4,02 9. felharmonikus 0,7667 0,6069 0, felharmonikus 1,41 1,26 1, felharmonikus 0,96 2,19 3,04 Összefoglalás A napelemes rendszerek terjedésével a jövőben megváltozik a kisfeszültségű hálózatok szerepe. A hétköznapi fogyasztó termelőkké válnak. Az általam vizsgált hálózat esetében a 75%-os PV penetráció esetén több probléma merült fel. A feszültség értékek napközbeni változása olyan mértékű volt a teljes hálózaton, hogy terhelés alatt szabályozható transzformátorra kellett cserélni a hálózat meglévő transzformátorát. A középfeszültségű hálózaton folyó nagy áramok miatt ismételten újabb, nagyobb teljesítményű transzformátort kell alkalmazni, illetve a középfeszültségű hálózaton is fel kell készülni ilyen mértékű teljesítmény fogadására, különösen a déli órákban. Ez jelentős költségeket ró az elosztói engedélyesekre. A feszültség THD értékekeit vizsgálva ugyancsak megállapítottam, hogy a zérus sorrendű felharmonikusok esetén a szabványelőírásnál magasabb értékek jelentek meg a fogyasztók csatlakozási pontjain. Tehát a 75%-os PV penetráció a jelenlegi szabályozási módszerekkel nem engedhető meg a hálózaton. Ugyan különböző módszerekkel, pl. felharmonikus szűrőkkel orvosolhatóak a felharmonikusok okozta problémák, azonban ez nem jelentene megoldást a feszültség és áram okozta problémákra. Egy kiváló megoldás lehetne egy mind műszakilag, mind gazdaságilag alaposan végiggondolt valósidejű teljesítményszabályozási módszer. Ez a módszer azonban nem érinthet egyetlen fogyasztót sem hátrányosabban a másik fogyasztónál. Ha a betáplált teljesítményt csökkentjük, akkor a feszültségemelkedés mértéke is kisebb lesz a déli órákban, így elegendő lesz egy megfelelő megcsapolásba állítani a transzformátort. Kisebb teljesítménnyel arányosan kevesebb áram fog folyni a középfeszültségű hálózat felé. Természetesen ezzel a felharmonikusok értéke is csökken, így még 75%-os PV penetráció esetén sem lépik át az egyes felharmonikus értékek a szabványban foglalt értékeket. A fent említettek függvényében tehát elengedhetetlen egy megfelelő stratégia kidolgozása. Mindemellett nem szabad megfeledkezni, hogy technika fejlődésével hosszabb időtávlatban elterjedhetnek az energiatárolót tartalmazó napelemes rendszerek, villamos autók, amelyek más hatással lennének a vizsgált hálózat terhelési és felharmonikus viszonyaira. Továbbá a villamosenergiafogyasztók szokásai, eszközei is változhatnak, amely hasonlóképpen az akkumulátorokhoz, megváltoztatnák a hálózat terhelési és felharmonikus viszonyait is. Irodalom [1] Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Németország) erneuerbare-energien-auf-einen-blick [2] Zsid G.: Háztartási fogyasztók felharmonikus áramtermelésének vizsgálata, [3] Hartmann B., Kiss P., Dr. Dán A.: Hálózati áramellátás és feszültségminőség, [4] A. B. Nassif, J. Yong, W. Xu és C.Y. Chung.: Indices for comparative assessment of the harmonic effect of different home appliances [5] MSZ EN 50160: A közcélú elosztóhálózatokon szolgáltatott villamos energia feszültségjellemzői [6] Energia Klub: Az Európai Unió és a megújuló energia [7] Dr. Dán A.: Villamosenergia-minőség növelt rézkeresztmetszettel [8] S. Spies: IEC/EN auf einen Blick [9] Fronius International: CF23-7F98455E/fronius_international/hs.xsl/83_34637_ DEU_HTML.htm [10] Fronius International: ED561074/fronius_deutschland/SE_CER_Conformity_ VDE_AR_N_4105_Fronius_Symo_10.0_3_M_20.0_3_M_ DE_337984_snapshot.pdf [11] E. C. Aprilla: Modelling of Photovoltaic (PV) Inverter for Power Quality Studies [12] R. Teodorescu, M. Liserre és P. Rodríguez: GRID CONVERTERS FOR PHOTOVOLTAIC AND WIND POWER SYSTEMS [13] Prof. Dr. B. Burger: Ein- und dreiphasige Stringwechselrichter Köszönjük, hogy gondol ránk! 1% Az Energiagazdálkodási Tudományos Egyesület adószáma: ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 13

16 K L E N E N 1 Rendszerstabilitás a növekvő megújuló penetráció fényében Táczi István villamosmérnök, taczi93@gmail.com A nap és szélerőművek teljesítményelektronikai átalakítókon keresztül csatlakoznak a hálózatra, melynek okán nincsen a megszokott szinkrongépekhez hasonló közvetlen fizikai válaszuk a villamos teljesítményegyensúly felborulása esetén. A rendszer inerciájának csökkenése előtérbe hozza a rendszerstabilitás kérdését. Az egyik lehetséges megoldás a problémára az átalakítók vezérlésével képzett szintetikus inercia létrehozása, melynek aktiválásával a rendszer támogatható. * Wind and solar generation technologies are connected to the grid via power converters. Stability relies heavily on the inertial response of synchronous generators which decreases the rate of change of frequency. The rotating mass of those generators is directly coupled to the system and functions as a kinetic energy storage component. Non-synchronous generators have to be augmented with synthetic inertia to provide the same response characteristics and ensure stability. * * * A villamosenergia-termelés összetétele belátható időn belül alapjaiban is másképp fest majd. A korábban jellemző nagy teljesítményű, fosszilis és fisszilis energiahordozókra támaszkodó erőművek dominanciája globális szinten megszűnik. Felváltják őket az újonnan telepített háztartási méretű kiserőművek, valamint nagyobb napelem parkok és szélerőművek. Globális szinten a Nemzetközi Energiaügynökség (International Energy Agency, IEA) számításai szerint 2015-ben a beépített kapacitást tekintve a megújulók öszszessége ideérve a biogáz, biomassza és víz részesedését is megoldásokat már meghaladta a szénerőművek kapacitását, ezzel a legnagyobb részt vállalva a forrásösszetételből. Ennek a folyamatnak a rendszer teljes spektrumán hatásai lesznek, főként a hálózattal szemben támasztott követelményeink fenntartása igényel számos innovatív műszaki megoldást. Az időjárásfüggő termelés rövidtávra nézve a szabályozási tartalékok és kiegyenlítő energiák piacát forgatja majd fel, lényegesen felértékelve ezzel minden olyan megoldást, mely rugalmasságot (teljesítményváltoztatási tartomány az idő és a rendszerparaméterek függvényében) képes biztosítani a rendszer számára. Hosszútávon pedig az adekvát kapacitáskezelés lesz a kulcs, hiszen az energiaipar számára az ilyen típusú tervezés is elengedhetetlen a beruházások megfelelősége végett. A rövid és hosszútávú ellátás biztosításán túl is számos hatást kell majd figyelembe venni, például a piactorzító jelenségeket is ki kell küszöbölni. [1][2][7] 1 A Nemzetközi Energiaügynökség 2016-ban publikált adatain az elmúlt 15 évre vetítve jól látszik, hogy az elmúlt időszak robbanásszerű folyamatokkal jellemezhető a megújulók terén. A Gazdasági Együttműködési és Fejlesztési Szervezet (Organisation for Economic Co-operation and Development, OECD) országaiban a villamosenergia-termelés évenkénti százalékos növekedéseit forrástípusok szerint rendezve az 1. ábra szemlélteti. Az egyes forrástípusok évenkénti beépített kapacitás növekedését átlagolták az 1 A szerzőnek a KLENEN 17 konferencián (Gárdony, március 7-8.) elhangzott előadása 1. ábra. Évenkénti átlagos beépített kapacitás növekedés az OECD országokban közt [7] 1990 és 2015 közti időszakban, melyből kitűnik, hogy a nap, szél és biogáz felfutása domináns. A hatalmas növekedés egyértelműen a klímapolitikai célok eléréséhez alkalmazott ösztönzőknek tudható be, nem elhanyagolandó azonban az a tény, hogy ez a támogatás milyen mértékű technológiai fejlődést hozott magával. A napelemes termelés és az energiatárolási megoldások piaci szemszögből is versenyképes megoldásai az ajtón kopogtatnak. Mi sem bizonyítja ezt jobban, mint a Nemzetközi Energiaügynökség (International Energy Agency, IEA) piacelemzése, mely szerint az elmúlt nyolc évben a fotovoltaikus rendszerek fajlagos költsége negyedére, míg az akkumulátoros energiatárolás ötöd részére csökkent. A prognózisok szerint a fejlődés továbbra is fennmarad, így a rendszerintegráció kulcskérdése lehet az eljövendő évtizednek. [1] [2] [7] A hatásos teljesítmény és a frekvencia kapcsolata A rendszerszabályozás kialakítása illeszkedik az igényekhez, az irányítás célja egyszerűen megfogalmazva a frekvencia és a feszültség tűréshatáron belül tartása. A centrális energiatermelés egy fontos tulajdonsága, hogy hatalmas forgótömegű, hálózatra közvetlenül csatlakozó szinkrongépekkel történik a villamosenergiatermelés. A sztochasztikusan változó (de különböző eljárásokkal becsülhető) terhelések lekövetését a megfelelő változtatási képességgel rendelkező termelőkkel végzik, a cél minden pillanatban a két oldal egyensúlyának megőrzése. Az időjárásfüggő termelés azonban csökkenti a termelés szabályozhatóságát, sőt: mivel ezekben az esetekben a betáplálás teljesítményelektronikai átalakításon keresztül történik, így csökkenti a rendszer stabilitásmegőrző képességét, azaz inerciáját is. A villamosenergia-rendszer stabilitása alatt azt a képességet értjük, hogy a rendszer egy állandósultnak tekinthető kiinduló üzemállapotából képes visszatérni egyensúlyi helyzetébe miután valamilyen változás (terhelésnövekedés vagy csökkenés, hálózati hiba stb.) befolyásolta a működését, valamint ezen folyamat során a rendszer integritása nem sérül. Ez leginkább a hatásos teljesítmény és frekvencia közti inherens fizikai kapcsolaton keresztül értelmezhető kvantitatívan is. [3] A villamosenergia-rendszer teljesítményeinek egyensúlyát megfogalmazhatjuk a rendszer állandósult állapotára (statikus 14 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

17 Táczi I.: Rendszerstabilitás a növekvő megújuló penetráció fényében egyensúlyára), illetve a dinamikus állapotokra is a megfelelő hatások figyelembe vételével. A rendszerszintű villamosteljesítmény-egyensúly, azaz a: 1. egyenlet: a villamos teljesítmények egyensúlya [8] P G = P F + P V egyenlet mindig teljesül az energiamegmaradás értelmében, ahol P G a generátorkapcsokon kiadott teljes villamos teljesítmény, P F a teljes fogyasztás, P V pedig a veszteségek összessége. A rendszer állandósult üzemállapotában a szinkrongenerátorok tengelyére jutó mechanikai teljesítmény (P m ) és a kapcsain kiadott villamos teljesítmény megegyezik, tehát: 2. egyenlet: a mechanikai és villamos teljesítmény-egyenlőség statikus helyzetben [8] P M = P F + P V Ez azonban állandó frekvenciaértéket feltételez, ezért statikus egyensúlynak nevezzük. Tételezzük fel, hogy a termelés a hálózatra közvetlenül csatlakozó nagyméretű szinkrongépekkel történik, és a teljesítményegyensúly valamilyen folyamat (erőmű kiesése, ugrásszerű terhelésnövekedés, védelmi kapcsolás) következtében felborul. Ekkor az energiamegmaradás a dinamikus egyensúlyi állapotban a lengési egyenlet szerint teljesül, egyetlen hálózatra kapcsolódó szinkrongép mechanikai (P mi ) és villamos teljesítménye (P gi ) közt a következő összefüggés érvényes: 3. egyenlet: a lengési egyenlet egy gépre vonatkoztatva [8] dwkini Pmi = Pgi + Di ωi + dt Ahol D i Δω i a generátor forgórészében a szögsebesség-eltérés miatt keletkező csillapító teljesítmény (melyet a továbbiakban elhanyagolhatónak tekintünk), W KIN a gépegység forgórészében tárolt kinetikus energia. Ezt a mozgási energiát a fizikában szokásos formában átírva: 4. egyenlet: a kinetikus energia felírása különböző alakban [8] forgó tömeg szögsebességének csökkenése miatt a rendszer frekvenciája csökken, az inercia konstans jól jellemzi a folyamatot a stabilitás szemszögéből, hiszen minél nagyobb értékű, a rendszer annál ellenállóbb a külső hatásokkal szemben és képes megőrizni az integritását. A teljes mögöttes kinetikus energia a névleges frekvencián kiszámítható a gépek névleges értékeiből: 6. egyenlet: a rendszer teljes kinetikus energiája névleges frekvencián [8] E = H S kin, összes i i A látszólagos teljesítmények és az inercia konstansok gépegységenkénti szorzata tehát megadja a névleges kinetikus energiát ([E]=GWs). Ez egyfajta beépített stabilitástartalék, mely a rendszer viselkedését az első pillanatokban egészen a leggyorsabb szabályozó beavatkozásig meghatározza. Az összefüggések azonban feltételezik azt, hogy a termelés a jelenleg ismert és elterjedt módon hálózatra közvetlenül csatlakozó szinkrongépekkel történik. Mi történik azonban, ha a hálózatra közvetlenül csatlakozó szinkrongenerátorok helyett olyan termelők lesznek túlsúlyban, amelyek teljesítményelektronikai átalakítókon keresztül csatlakoznak a hálózatra? Ezek a berendezések ugyanis nem rendelkeznek közvetlen fizikai válasszal, azaz gyakorlatilag 0 értékű inercia állandóval jellemezhetők, hiszen nincsen a villamos paraméterváltozásokkal összefüggésben változó fordulatszámú mechanikai tömeg. Tehát ugyanolyan mértékű teljesítmény-kiegyensúlyozatlanság esetén nagyobb mértékű frekvenciaváltozást eredményez, mely veszélyes üzemállapotokhoz vezethet. A 2. ábra megmutatja, hogy 2030-ra milyen mértékben fog csökkeni a hálózat mögöttes kinetikus energiája (ez a mennyiség állandósult állapotban az inercia konstanssal arányos). Az év óráinak döntő részében ez a szám a vizsgált országokban jelentős csökkenést figyelhetünk meg, mely mivel a frekvenciaváltozás meredekségét meghatározza komoly negatív hatással lesz a rendszer stabilitására. [8] W KINi 1 2 = Θ ωn = Hi Si 2 Ahol S a névleges látszólagos teljesítmény, Θ a szinkrongenerátor tehetetlenségi nyomatéka, ω n pedig a névleges körfrekvencia a rendszerben. H az inercia állandó, amely idődimenziójú. Ez a mennyiség megmutatja, hogy az adott gépet a névleges látszólagos teljesítményével megegyező teljesítménnyel gyorsítva mennyi idő alatt érné el a névleges fordulatszámát, tehát idő dimenziójú. Jól látható tehát, hogy a teljesítmények közti eltérés megváltoztatja a generátorok szögsebességét, amelyből fakadóan a rendszer frekvenciája is változik. A teljesítmények kiegyensúlyozásakor az inercia konstans az, amely meghatározza a frekvencia változási sebesség meredekségét (elhanyagolva a csillapítást): 5. egyenlet:a teljesítményegyensúly felbomlásának következményeként végbemenő frekvenciaváltozás egyenlete [1] P f S n = 2 dfn Hfn dt Ahol ΔP a termelt és fogyasztott (beleértve a veszteséget) hatásos teljesítmény különbsége. Ez a folyamat pillanatszerűen megy végbe a fizikai kényszer hatására. Például fogyasztási túlsúly esetén a 2. ábra. Forgó tömegekben tárolt energia rendelkezésre állása rendszerszinten néhány európai országban 2015-ben és 2030-ban [IEEE PES Webinar] Az inercia azaz a közvetlen, stabilitás megőrzését segítő fizikai válasz csökkenése tehát komoly problémákhoz vezethet, a közeljövőben a helyettesítését meg kell oldani zavartalan ellátás biztosítása érdekében. Az egyik út lehet a forgó tömegek külön implementálása a rendszerhez szinkronizálva, ez azonban nem tűnik túlzottan rentábilis megoldásnak. A teljesítményelektronikai berendezések azonban kitűnően és gyorsan vezérelhetők, így adódik a lehetőség, hogy emuláljuk a fizikai folyamatot, azaz hozzunk létre szintetikus (vagy virtuális, mesterséges) inerciát. Ez azt jelenti, ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 15

18 Táczi I.: Rendszerstabilitás a növekvő megújuló penetráció fényében hogy a termelőegység figyeli a rendszer állapotát és szükség esetén a szinkrongépekhez hasonló hatást fejt ki a hálózatra, ezzel támogatva a stabilitás megőrzését. [1][2][3][4][5] A szintetikus inercia képzés lehetőségei A szintetikus inercia lényegében azt takarja, hogy a teljesítményelektronikai berendezéseken keresztül a hálózatra csatlakozó termelők kimeneti teljesítményét úgy szabályozzuk, mintha azok is rendelkeznének forgó tömeggel. Ez gyakorlatilag emulálja a szinkrongenerátorok közvetlen fizikai hatását. Fontos azonban megjegyezni, hogy tökéletesen nyilván nem reprodukálható a valós válasz, így az ilyen szabályozások rendszerbe illesztésekor részletes tervezési és hatásvizsgálati lépéssorozatot kell követni. A változó hálózati struktúrában három életképes megoldás kínálkozik a gyakorlati megvalósításra. [1][2] A szélerőművek négy alaptípusa közül kettő terjedt el széles körben, melynek oka a szabályozhatóság: a kétoldalról táplált aszinkron gépes (doubly fed induction machine, DFIG) és a full konverteres (FC) típusok felelnek meg az energiatermeléssel szemben támasztott igényeknek. Ezek esetében az inercia nem is olyan elrugaszkodott gondolat, a forgó lapátokban rejlő kinetikus energia kiaknázásához a már üzemben levő vezérlés kiegészítése szükséges. Ezt legegyszerűbben egy párhuzamos hurok beiktatásával valósítják meg, mely a rendszer frekvenciájának alapján dönt az esetleges beavatkozásról. Mivel ekkor a gépegység nem az optimális munkapontban üzemel plusz nyomatékot ad le a rotor lassulni fog, ez adja a szintetikus inercia szolgáltatásának elvi időtartománybeli határát, viszont az átmeneti időszakban a betáplált villamos teljesítmény növelhető. A szélerőművek tehát a szintetikus inercia képzésére kiválóan alkalmasak. [1][2] A napelemes rendszerek ezzel ellentétben nem rendelkeznek semmilyen mögöttes kinetikus energiatárolással. Adódik tehát a megoldás, hogy egészítsük ki az ilyen termelőegységeket a stabilitás megőrzésének céljából (vagy helyezzünk el a rendszerben) energiatároló berendezésekkel ilyen célfüggvény megvalósítására. Ezen berendezések karakterisztikus jellegük gyors válaszidő, széles spektrumú kimeneti teljesítmény miatt kerülhetnek szóba a szintetikus inercia kérdéskörében. Az inercia fizikai értelemben dedikáltan kinetikus energiatárolás, a különböző technológiák azonban értelemszerűen egyaránt alkalmasak a frekvenciaszabályozás megvalósítására. [1][2] A hibrid (egyen- és váltakozó áramú) rendszer gondolata nem újkeletű, a teljesítményelektronika fejlődésével az egyenáramú hálózatok előnyei kidomborodni látszanak a korábbiakhoz képest. A stabilitás szempontjából pedig felmerül a kérdés, hogy az átalakítók valamilyen együttes vezérlése esetén kialakítható-e olyan új megközelítés, mely a megújuló energiaforrások részarányának növekedésével effektív módon tud szerepet játszani a rendszerszintű szabályozásban. A nagyfeszültségű egyenáramú hálózatok (High Voltage Direct Current, HVDC) kiváló lehetőségekkel kecsegtetnek A csatlakozási ponton a frekvencia függvényében vezérelt teljesítmény-átalakítással, a kapacitásokat felhasználva. A HVDC szabályozója így széles spektrumú inercia konstansnak megfelelő választ lehet képes szolgáltatni a rendszer számára. [1][2] Európai irányelvek A probléma aktualitását jól mutatja, hogy az ENTSO-E (European Network of Transmission System Operators of Electricity) a három kiemelt témájának egyikeként felvette a kutatás-fejlesztési tervébe a es időszakban. Legyen a rendszer teljes fogyasztása egységnyi. Általánosságban egy nagy rendszer esetén, ha a termelés ettől 20%-al eltér, akkor a kialakuló 0,5-1 Hz/s-os frekvenciaváltozási sebességek megfigyelhetők és kezelhetők a meglévő szabályozási eszközökkel, e felett viszont az integritás megőrzése nem vehető biztosra. A jövőben azonban az inercia csökkenése miatt a teljesítmények közti eltérés akár 40% is lehet, a változási sebesség pedig 2 Hz/s-ra nőhet. Mivel a konvencionális primer szabályozás beavatkozási ideje ilyen esetekben akár túl lassú is lehet (néhány másodperc), az inercia megőrzése és mesterséges növelése fontos feladat. A teljesítményelektronikai berendezéseken keresztül hálózatra csatlakozó eszközök azonban nem rendelkeznek ilyen közvetlen fizikai válasszal, így amennyiben a körülmények megkívánják, ennek pótlására valamilyen vezérlési algoritmust vagy eszközt kell segítségül hívni. A frekvencia névlegeshez viszonyított +/- 200 mhz-en belüli sávon tartása a cél, mely a normál üzemállapotot jellemzi. A 47,5 Hz alatti vagy 51,5 Hz fölötti esetekben kijelenthető, hogy a rendszer bizonyos részeinek összeomlása szinte elkerülhetetlen. A kontinentális (európai összekapcsolt) rendszer vizsgálatára a referencia hiba 3 GW mértékű, az ENTSO-E elemzései alapján azonban kijelenthető, hogy ilyen nagy szinkron járó rendszer esetén kevésbé jelentkezik a vizsgált probléma, az eredményeik során az FTK működés belépési szintjét (a vizsgált esetben 49 Hz) sosem érte el a frekvencia. A nagy rendszer frekvenciaváltozással szembeni ellenállósága 10 s feletti inercia konstanssal jellemezhető, a vizsgálatokban 2,3 s esetén is 49,2 Hz volt a frekvencia minimuma a referencia hiba esetén, tehát az inercia csökkenése nem okoz fejfájást a rendszerirányítók számára. Felhívják a figyelmet azonban arra, hogy ha a rendszerrészek szétválnak, a helyzet merőben másképp fest, a veszély sokkal komolyabb. A vizsgálatok eredményeképp az összehangolt európai irányelvek megfogalmazásában várhatóan így a szintetikus inercia is szerephez jut. [4][5] A 2016-os ausztráliai rendszerösszeomlás és tanulságai szeptember 28-án Ausztrália déli részén egy hatalmas vihar következtében számos hiba alakult ki a villamosenergia-rendszerben, melynek sorozata egy nagy rendszerrész összeomlásához vezetett. A rendszerrész 883 MW szélenergia betáplálással, 330 MW gázturbinás termeléssel és 613 MW szomszédos tartományból jövő importtal látta el a fogyasztóját a területen az események kezdetekor. Az üzemirányítás napközben a megszokott módon zajlott, a beérkező időjárási adatok alapján elemzések készültek, melyek nem állapítottak meg túlzott veszélyhelyzetet, de kiemelték, hogy a villámcsapások magas valószínűségére tekintettel kell lenni. A szélsebesség előrejelzések 120 km/h maximum értéket jósoltak, melynek a rendszer normál esetben ellenáll. A délután folyamán azonban a vihar következtében meghibásodások láncreakciója indult be. Elsőként a vihar hatására 5 zárlat keletkezett, melyek elhárítása közben 3 távvezeték tartósan kiesett. Emiatt 6 jól megfigyelhető feszültségstabilitási probléma jelentkezett, melyet a szélgenerátorok nem tudtak áthidalni, 445 MW teljesítmény kiesett a rendszerből (a mérési adatokban megjelenik további 39 MW tranziens teljesítménycsökkenés, melyet normál esetben várnánk a zárlati áthidaló folyamatból [Fault Ride Through Capability, FRTC]). A teljesítményhiányt ekkor a kritikus távvezeték, a Heywood Interconnector volt hivatott pótolni, mely korlátainál fogva erre nem volt képes, így gyakorlatilag 900 MW esett ki pillanatszerűen. A fennmaradó termelés 16 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

19 Táczi I.: Rendszerstabilitás a növekvő megújuló penetráció fényében már képtelen volt a terhelés kiegyenlítésére, hovatovább a frekvenciaváltozás olyan meredek volt, hogy a fogyasztói terheléskorlátozás nem aktiválódott, így a rendszerrész összeomlott. [9] 3. ábra. Feszültségek alakulása a kérdéses időszak alatt [9] A 3. ábrán látható a feszültségek változása, melyen jól megfigyelhető az összeomlás folyamata: a kezdeti kis mértékű zavarok még nem jelentettek problémát, a szélerőművek és a távvezeték kiesése viszont jól láthatóan túlmutatott a rendszer integritásmegőrző képességén. A mért feszültségek a rendszer kulcsfontosságú 275 kvos pontjait mutatják be. A rendszer gyakori mintavételezéssel figyeli a feszültségértékeket, így az öt hibahely az eset után jól behatárolható volt, mely hat egymást követő feszültségzavarként jelentkezett a mérésekben. [9] 4. ábra. Frekvenciakép a kérdéses időszak alatt [9] A 4. ábrán a frekvenciakép látható a távvezeték két oldalán (Robertstown az összeomló rendszerrészben, Heywood a leválasztódó exportáló területen). A leválás után a két rendszer frekvenciája a vártaknak megfelelően divergál egymástól, Heywood területén a túltermelést visszaszabályozzák, míg a dél-ausztrál terület öszszeomlik. Az alacsony frekvenciaértékek esetén aktiválódó FTK (frekvenciafüggő terheléskorlátozás) rendszer 49 Hz-től kezdve kapcsolási műveleteket kellett volna, hogy végrehajtson az integritás megőrzése érdekében, azonban a hatalmas frekvenciaváltozási sebesség túlmutatott a védelem képességein. A teljes folyamat az első hibától kezdve a részrendszer összeomlásáig mindössze 88 másodperc alatt lezajlott, tehát jól érzékelhető, hogy a dinamikus folyamatok során nincs idő hosszú tervezési folyamatok elvégzésére az optimális beavatkozás meghatározásához. A proaktív tervezés tehát elengedhetetlennek tűnik. A mai szélerőművek rendelkeznek jól definiált zárlati áthidalóképességgel, melynek eredményeképp képesek a feszültség visszaállításában aktív részt vállalni. A 13 jelen levő szélparkból azonban mindössze 4 tett eleget ennek a kötelezettségének ebben az esetben. Ezt számos beállítás befolyásolja, mely ebben az esetben jól láthatóan nem volt megfelelő a veszély elhárítására. A rendszerirányító koordinálásával a helyreállítás óta a beállítási problémákat kiküszöbölték és megbízhatóvá tették. [9] Quebec: a szintetikus inercia első bevetése A montreali rendszerirányító vállalat volt a világon az első olyan entitás, amely megkövetelte a szélerőműveitől a szintetikus inercia biztosítását. Québec területén mintegy 3,3 GW üzemelő szélerőművi kapacitás található, de további nagy mennyiségű telepítéseket terveznek. Emellett fontos tényező, hogy Észak-Amerika legkisebb szinkronjáró zónájáról beszélünk, melynek csúcsterhelése 40 GW-ra tehető. A rendszerirányító 2005-ben fogalmazta meg előírását a zárlati áthidaló képesség és a szintetikus inercia biztosítására, a 2011 óta telepített generátorok pedig már ennek megfelelően működnek (így több mint 2 GW csúcsteljesítmény rendelkezik a képességgel) decembere pedig elhozta a szintetikus inercia vizsganapját: egy transzformátor meghibásodás miatt 1,6 GW termelés kiesett, a frekvencia zuhanása közben pedig a szélerőművek a legnehezebb pillanatokban 126 MW extra teljesítménnyel segítették a rendszert. A kiértékelés alapján ez nagyjából 0,1-0,2 Hz-el emelte meg a folyamat során kialakuló legkisebb frekvencia értékét. Szimulációs vizsgálatok alapján pedig belátták, hogy ha a szélerőművek helyett közvetlenül csatlakozó szinkrongenerátorok csatlakoztak volna a hálózatra, nem tapasztaltak volna szignifikáns különbséget. A teljes biztonság megteremtéséig még sok lépést kell megtenni, de Kanadában egy ékes példáját láthattuk annak, hogy a szintetikus inercia bizonyos esetekben képes lehet a stabilitás megőrzésére. A pontos hatékonyság és megbízhatóság elbírálásához még több adatra van szükség, de az első jelek biztatók. [6] Irodalomjegyzék [1] Trent Ratzlaff. Effects Future Renewable Installations will have on System Synchronous and Synthetic Inertia. Master Thesis, Delft University of Technology, [2] Johan Björnstedt. Integration of Non-Synchronous Generation. Doctoral Dissertation, Lund University, [3] IEEE/CIGRE Joint Task Force on Stability Terms and Definitions: Definition and Classification of Power System Stability. IEEE Transactions on Power Systems, [4] European Network of Transmission System Operators for Electricity (ENTSO-E) RG-CE System Protection & Dynamics Sub Group: Frequency Stability Evaluation Criteria for the Synchronous Zone of Continental Europe Requirements and impacting factors [5] European Network of Transmission System Operators for Electricity (ENTSO-E:. Future System Inertia (Nordic Report), [6] Peter Fairley: Can Synthetic Inertia from Wind Power Stabilize the grids? IEEE Spectrum, [7] International Energy Agency: Key Renewable Trends: Excerpt from Renewable Energy Information, [8] Faludi Andor, Szabó László: Villamosenergia-rendszer üzeme és irányítása egyetemi jegyzet [9] Australian Energy Market Operator: Update Report: Black System Event in South Australia on 28th September 2016.: An update to the preliminary operating incident report for the National Electricity Market data analysis, ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 17

20 K L E N E N 1 Irodai ICT eszközök energiafelhasználása nanogridben Halász Ágnes villamosmérnök, halasz.agnes@eszk.org Dr. Iváncsy Tamás villamosmérnök, ivancsy.tamas@vet.bme.hu Napjainkban egyre fontosabb, hogy minél energiahatékonyabban, olcsóbban, környezet-barát módon fedezzük mindennapi energiaszükségleteinket. Az évek, évtizedek során számos próbálkozás történt arra vonatkozóan, hogy kialakítsanak egy olyan villamosenergia-rendszert, amelyben a fent felsoroltak mindegyike, vagy minél több teljesül. Munkám során a nanogrid legfőbb jellemzőinek bemutatását követően egy iroda fogyasztási adatait, illetve az Odooproject alapjául szolgáló Odoo-ház napelemei által termelt energia adatokat elemeztem, majd összevetettem és kiértékeltem az eredményeket. 1 * Today is increasingly important to feed our energy consumption more efficiently, environmentally friendly, etc. in lower cost as possible. Over the years a number of attempt have been made to shape up a power system, where all of these feature or more is satisfied. After the demonstration of the nanogrid s main features I analysed the consumption data of an office from our department and the solar cells of Odoo-house produced energy data, then I evaluated these results. * * * A nanogrid koncepció A villamos hálózatban egy új hálózati minta bontakozik ki: a Smart Grid, az intelligens hálózat, amely a 20. század egyik hálózati fejlesztése, és ma már a jövő energiarendszeréről alkotott képünknek nélkülözhetetlen részét képezi. A Smart Griden belül a méretüktől függően különböztetünk meg hálózatokat. A microgrid például város vagy városrész méretű, míg az általam tanulmányozott nanogrid egy épület, vagy egy egyedülálló energiaegység villamos hálózatának felel meg. A nanogrid egy feszültség, ár, megbízhatóság, minőség és adminisztráció szempontjából egyedülálló egység, melynek alkotóré- 1. ábra. Egy nanogrid vázlata 1 A szerzőknek a KLENEN 17 konferencián (Gárdony, március 7-8.) elhangzott előadása szei ahogyan az 1. ábra is illusztrálja a vezérlő az átjátszóval (controller with gateway), a terhelés, fogyasztó (load), az energiatároló (storage) és a vezetékezés. A villamos energiatároló opcionális lehet, de stabilitást ad a hálózatnak. Az olyan források, mint például a helyi termelők nem képezik részét a nanogrid-nek, de gyakran előfordul, hogy egy forrás csak egyetlen nanogrid-hez kapcsolódik. A kommunikáció a fogyasztókkal a teljesítményt szállító vezetékeken keresztül történik, vagy a kötegelésen kívül (out-of-band) egy másik kábelezésen, vagy vezeték nélküli megoldással. Nanogridekben a feszültség, a minőség és/vagy a megbízhatóság több szintje is előfordulhat. Egy nanogrid legfontosabb része, magja a vezérlő (controller), amely képes szabályozni a fogyasztók energiaellátásának mértékét, más gridekkel kommunikálni, meghatározni a helyi villamos energia árat, menedzselni a belső energiatárolót, tehát lényegében a nanogrid központi egysége. Amikor a terhelések energiát igényelnek a vezérlőtől, az vagy teljes mértékben, vagy részlegesen engedélyezi, vagy pedig megtagadja a szolgáltatást, sőt hibajelenség esetén meg is vonhatja az energiaellátást. A vezérlő a működéséhez a korábban bevált működési mintákat veszi alapul és ezeket alkalmazza az esetleges döntési helyzetekben. Menedzsment szempontjából beágyazott preferenciái vannak például arra, hogy különböző körülmények mellett mennyi tárolókapacitást használjon. Amikor tároló berendezés is jelen van a nanogridben, a vezérlőegység engedélyezi vagy megvonja az energiatárolást és menedzseli működését, tehát az energiatárolónak nincs döntéshozó jogosultsága, nem lehet független a nanogrid-től, és átviteli szempontból nem kapcsolódhat más egységhez. Egy nanogrid kapcsolata lehet egyirányú vagy kétirányú, és ez minden esetben kommunikációra és energiacserére is alkalmas. Az épületen belüli energiaátvitel lehet egyenfeszültségű és váltakozó feszültségű. Ez alapján megkülönböztetünk AC és DC nanogrid-eket, azonban még kihívást jelent a feszültségek és teljesítmények ideális halmazának meghatározása, amely további kutatásokat igényel a teljes nanogrid koncepció megvalósulásához. [1] [2] Egy iroda átlagos fogyasztásának elemzése példa Nanogrid hálózatra A nanogrid koncepció gyakorlati alkalmazhatóság vizsgálatához egy tanszéki irodát tekintettem vizsgálati modellnek, amely jó közelítése lehet egy hétköznapi irodának. Az irodában felvett fogyasztási adatokat felhasználva szerettem volna megállapítani, lehetne-e vagy egyáltalán érdemes-e napelemes rendszerrel fedezni egy irodai munkakörnyezet energiaszükségletét, illetve ha igen, hogyan lehetne ezt megvalósítani. Hogy a elemzéshez használt fogyasztási adatokat lehessen mihez viszonyítani, és következtetéseket levonni, az Odooproject termelési adatait vettem összehasonlítási 18 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

21 Halász Á., Iváncsy T.: Irodai ICT eszközök energiafelhasználása nanogridben 2. ábra. Az iroda teljesítményfelvételének eloszlása egy oktatási hét alatt 3. ábra. Az Odoopreject napelemei által leadott teljesítmény én alapnak. Ez az egyetemi project 2013 óta rögzíti a 9,03 kwp összteljesítményű napelemek által termelt energia adatokat. A cellák az épület tetején (6,5 -os dőlésszög), illetve oldalfalán helyezkednek el, és körülbelül 62 m 2 teljes felületet foglalnak el. Az iroda maximális teljesítmény felvételét (131,55 W) november 25-én 12:42-kor rögzítette a műszer. Az időpontból is látható, hogy ez reális maximumérték lehet, hiszen ebben az időszakban az irodát használják az oktatók, akiknek napközben vannak óráik és a szünetekben, lyukas óráikban térnek vissza a vizsgált helyiségbe. A 2. ábra bemutatja az iroda fogyasztási szokásait egy oktatási héten. Látható, hogy az irodában hétköznapokon, reggel 8 órától délután 4-ig történik érdemi teljesítményfelvétel, ezen idősávokon kívül kis, 4-5 W közötti teljesítményértékek figyelhetők meg, amelyek az eszközök stand-by funkciójának tudhatók be. Megvizsgálva az Odooproject termelési adatait (3. ábra) november 25-én feltűnhet, hogy a napelemek éppen abban az idősávban (8:45-14:45) termelték a legnagyobb teljesítményt, amikor az irodában is a legnagyobb volt az energia felvétel. A tény, hogy a napelemek akkor termelik a legtöbb energiát, amikor az ott dolgozók is jelen vannak az irodában, pozitív számunkra, hiszen ezáltal felmerül az a lehetőség, hogy ezen időszakban az iroda energiaszükségletének egy részét, vagy a fogyasztók számától függően teljes egészét a napelem által termelt energiával fedezzük. Mivel azonban ez az iroda nem egy hagyományos irodai munkakörnyezet, ahol az alkalmazottak folyamatosan végzik munkájukat, hanem egy oktatók által használt szoba, amely az oktatók órái, egy átlagos szabadságnál hosszabb nyári szünetei, illetve esetleges konferenciái alatt nem fogyaszt számottevően, felmerülhet egy energiatároló telepítésének szükségessége. Ebben az esetben a megtermelt energiát később lehet hasznosítani, vagy akár visszatáplálni a hálózatra ez már a fogyasztó döntése alapján kerülhet megvalósításra. Egy ilyen napelemes rendszer alkalmazása hasznos lehet a völgy- és csúcsidőszakok kiegyenlítése szempontjából is, hiszen amíg lehetőség van szigetüzemnek tekinthető állapotban működtetni irodai berendezéseinket (ahol a fogyasztást teljes mértékben a napelemek fedezik vagy energiatárolót használunk), addig nem terhelik a hálózatot. Érdemes megjegyeznünk azonban, hogy ugyan az iroda fogyasztása november hónapban érte el a maximumot, de az évnek ebben a szakaszában Magyarországon a napsütéses órák száma kevesebb, mindössze 3,9 óra/nap. Ehhez képest júliusában a maximális érték 9,9 óra/nap volt Budapesten. [3] [4] Az Odooproject november havi adatait megvizsgálva viszont azt vettem észre, hogy több olyan nap is van a hónapban, ahol a termelt energiamennyiség drasztikusan lecsökken, ami a téli időjárás beköszöntének tulajdonítható. Az Odooproject éves energiatermelési adatainak vizsgálatai alapján megállapítottam, hogy június hónapban a telepített napelemek 891,26 kwh energiát állítottak elő, míg novemberben csupán 258,44 kwh-t, amely a júniusi értéknek körülbelül a 30%-a. Ennek megfelelően egy ilyen rendszer megvalósításakor számolnunk kell azzal, hogy a rendszer által megtermelt energiamennyiség az éghajlati viszonyok miatt mikor a legkisebb, és ez milyen értékű. A 4. és az 5. ábrán a júniusi hónapot láthatjuk. A 4. ábráról leolvashatjuk, hogy a telepített napelemes rendszer 21-én termelte a legtöbb villamos energiát, míg alatta, az 5. ábrán látható, hogy ezen a napon az irodában nem történt nagyobb teljesítményfelvétel, sőt csak stand-by üzemmódban üzemeltek az irodai eszközök. Érdekesség továbbá, hogy míg az Odooproject a legtöbb energiát a júniusi hónapban termelte, addig az iroda ebben a hónapban fogyasztott a legkevesebbet, illetve mikor maximális volt az energia felvétel a hálózatról, a napelemes rendszer a harmadik legkisebb energiamennyiséget állította elő. Két probléma áll tehát fenn rendszerünk megvalósításakor: a nagy energiatermelésű időszakokban az oktatók nem dolgoznak az irodában, illetve amikor oktatási időben munkájukat végzik és energiaigényük a legnagyobb, akkor a napsugárzás a legkisebb energiamennyiséget produkálja. Megoldást jelenthet erre a problémára egy már említett energiatároló egység beépítése a napelemes rendszer mellé, amely azon időszakokban, amikor az oktatók óráikat tartják, töltődik és a szünetekben, amikor az oktatók irodájukban készülnek a következő órájukra, feltölthetik vele készülékeiket. Ez azonban sajnos csak a rövid idejű ingadozások kiegyenlítését teszi lehetővé. A nyáron megtermelhető energiamennyiség eltárolásához, és téli felhasználásához igen nagy kapacitású tárolóegységre lenne szükségünk, ami a technika mai állása szerint még nagyon költséges lenne. Ezért élhetnénk azzal a lehetőséggel, hogy a megtermelt energiamennyiséget visszatápláljuk a hálózatba, azaz ha egy nanogrid-nek kisebb teljesítményigénye van, mint amit a napelem termel, akkor egy környezetében lévő másik hálózatrész felé átirányítható a többlettermelés. Nyáron a megtermelt nagyobb energiamennyiség hasznosítására a klímaberendezések ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 19

22 Halász Á., Iváncsy T.: Irodai ICT eszközök energiafelhasználása nanogridben 4. ábra júniusi energiatermelési adatok 5. ábra. Az iroda fogyasztása június hónapban miatti megnövekedett energiaigény jelenthet megoldást, így azok a csúcsidőszakban az elosztóhálózatot kevésbé terhelik. Az energiatároláshoz és a visszatápláláshoz is MPPT szabályzást lehet alkalmazni, amely a megvilágítottság értékétől függően a lehetséges maximális teljesítményt veszi ki a napelemekből. Viszszatáplálás esetén ez folyamatosan a maximális teljesítményű ponton tudja tartani a napelemeket, ha azonban nincs visszatáplálás az akkumulátor töltöttségétől függően lehet, hogy nem a maximális teljesítményű munkapontban üzemel. A napelemes rendszerhez szükséges számítások Számításaim során a mért fogyasztási adatok közül a november 18-tól január 11-ig tartó időszakot emeltem ki, ugyanis ezen időszak alatt a napsütéses órák száma relatív kevés, így a napelemmel termelt villamos energia mennyisége is valószínűleg kicsi lesz. A percenként regisztrált felvett teljesítményt összegezve kaptam a napi felvett energiamennyiséget és ezt átszámítva Wh-ba kaptam a 6. ábrát. Látható, hogy a legnagyobb fogyasztás december 15-én következett be, ekkor 647,35 Wh volt az aznapi energia felvétel. Megfigyelhető, hogy ez az érték jelentősen eltér a többi fogyasztási értéktől, ezen a napon ugyanis valamilyen oknál fogva délelőtt 9 órától este 9-ig az irodában voltak a dolgozók. Ez nem tekinthető átlagos energia felvételnek, hiszen az esetek nagy részében Wh körül alakul a fogyasztás. A november 25-i felvett maximális teljesítmény az inverter maximális teljesítményének megállapításához volt szükséges, míg a december 15-i energia felvétel ahhoz, hogy megbecsüljük a napelem által megtermelt teljes napi energia elegendő lesz-e a napi fogyasztás fedezésére. Ahhoz, hogy az iroda által fogyasztott maximális energiát fedezni tudjuk, 2 darab 1,5 m 2 -es, 250 Wp teljesítményű napelemet kell felszerelnünk, egy 500 W-os invertert, és egy 12 V-os, 56 Ah-s akkumulátort, aminek kapacitása 672 Wh. Ezek a napelemek az esetek 80%-ban tudják fedezni a fogyasztást, hiszen az áltagos fogyasztás 450 Wh körül mozgott. Az időjárás alakulása azonban mindig is egy bizonytalan tényező lesz a termelés szempontjából. Az Odoo-ház napelemes rendszerének üzembe helyezése óta is voltak olyan téli időszakok, amikor az átlagosnál több volt a napsütéses napok száma, de ennek ellenkezője is előfordult. A fenti számítások szerint télen, még enyhén borongósabb napokon, szórt fénnyel is tudjuk fedezni az iroda energiaszükségletét. 6. ábra. Az iroda fogyasztása a vizsgált időszakban 20 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

23 Halász Á., Iváncsy T.: Irodai ICT eszközök energiafelhasználása nanogridben Összegzés Eddigi vizsgálataim alapján az látható, hogy éves szinten a fogyasztási és termelési csúcsok egy irodát tekintve nem esnek egybe. Napi szinten vizsgálva azonban a termelési görbék kisebb eltérést mutatnak. Ez a kiegyenlítetlenség relatív kis kapacitású energiatároló alkalmazásával megszüntethető, hiszen a napi fogyasztott energiamennyiség nem annyira jelentős (nagyjából 0,5 kwh). Az éves szinten mutatkozó eltéréseket azonban ilyen módszerrel nem lehet kezelni, erre jobb megoldás lehet a nanogrid-ek közötti energiaáramlás lehetővé tétele. A viszonylag kis fogyasztás miatt egy irodának nem szükséges néhány négyzetméternél nagyobb felületű napelem. A napelemtáblák elhelyezése történhet az épület falfelületén vagy tetején. Az előbbi megoldás előnye a kisebb ohmos veszteség, amely a vezetékezés hossza miatt jelentkezne, azonban a besugárzás szöge így nem optimális. A tetőn megvalósított elrendezés dőlésszögének beállításával optimalizálható az előállított teljesítmény, viszont a felhasználási területtől való távolság miatt költséges a megvalósítása. Mivel az iroda fogyasztása a téli időszakban a legnagyobb, amikor a nap alacsonyabban jár, ezért ha a napelemet déli falfelületre tudjuk telepíteni, akkor ezen elrendezéssel a besugárzási szög télen kevésbé tér el az optimálistól, amely nagyobb termelt teljesítményt eredményez. A számítások során kiderült, hogy két darab 1,5 m 2 felületű napelem tábla elég az átlagos fogyasztási szükségletek kielégítésére, illetve a megtermelt energia tárolására elegendő egy 12 V-os, 56 Ah-s akkumulátor. A napelemek típusát tekintve monokristályos modulok választása javasolt, ugyanis nagyobb hatásfokuk miatt a téli borús napokon több energiát termelnek a többi típushoz képest. A költségek ugyan nagyban függenek attól, milyen típusú napelemeket használunk, viszont az is fontos, hogy a különböző napelemek különböző hatásfokúak, így azonos besugárzás esetén jelentős különbség lehet a megtermelt energia mennyiségében. A rendszer hatékonysága növelhető egy már említett MPPT vezérlés alkalmazásával, amikor egy adott algoritmust használva a napelem adott besugárzás vagy hőmérséklet mellett a legnagyobb teljesítményen képes üzemelni. Érdemes lehet megvizsgálni azt is, hogy a nanogridek közötti együttműködés megvalósítható-e a napelemek megosztásával. Ha az egyik nanogrid érzékeli, hogy a másik nanogridnek nincs elegendő energiája fogyasztása fedezésére, akkor engedélyezi a másik hozzáférését napelemeihez, így biztosítva annak energiatárolójának feltöltését. Munkám folytatásaként célom megállapítani egy ilyen rendszer megtérülési idejét és ezáltal azt is, hogy megéri-e egyáltalán egy ilyen rendszer kiépítése. Megvizsgálnám továbbá azt az eshetőséget is, hogy a fel nem használt energiát visszatáplálva a hálózatba mennyivel változnak ezek az értékek. Irodalomjegyzék [1] K. C. Bruce Nordman, Local power distribution with nanogrids, in IEEE, Green Computing Conference (IGCC), 2013 International, 2013 [2] B. Nordman, Nanogrids - Evolving our electricity systems fom the bottom up [3] [4] &iid=12843&pid=p_rueckblick_climatecalculator&sid=default&var=s D&analysis=monthly&month=01&startyear=1997&endyear=2017&i id= ben született Debrecenben. Egyetemi tanulmányait ben fejezte be. A villamosmérnöki oklevél megszerzését követően a Tiszántúli Áramszolgáltató Vállalatnál kezdett dolgozni, mely az első és egyetlen munkahelye volt. Az első években a Debreceni Üzletigazgatóság főmérnökeként a város és környéke hálózatának rekonstrukciója volt a fő feladata ben vállalati főmérnökké, később műszaki vezérigazgató helyettessé nevezték ki. Irányításával fejeződött be a Tiszántúlon a terület villamosítása; a korábban eltérő hálózati feszültségszintek egységesítése; a szabványos elosztó hálózati feszültségek bevezetése; az előbb 35 kv-os, majd 120 kv-os főelosztó hálózat kiépítése; a kisfeszültségű hálózatok megújítása, korszerűsítése. Kiemelten foglalkozott a hálózatok fejlesztésének, rekonstrukciójának és az ezeket támogató területi távlati tervezés, valamint hálózattervezés, kiviteli tervezés kérdéseivel. Műszaki tevékenysége mellett a Közgazdaságtudományi Egyetemen mérnök-közgazdász képesítést is szerzett ban vezérigazgatóvá nevezték ki. Ezt a tisztséget 1989-ig, nyugállományba vonulásáig töltötte be. A Tiszántúli Áramszolgáltató Vállalathoz tartozó Debreceni, és Nyíregyházi Erőművek növekvő városi hőigényeihez igazodó fejlesztését irányította tól 1991-ig az Energiagazdálkodási Tudományos Egyesület Hajdú-Bihar megyei elnöke volt. Elhunyt Nagy Géza Az 1970-es években irányításával készült el a Tiszántúl villamosításának története című könyv, majd már nyugdíjasként főszerkesztője volt a Tiszántúli áramszolgáltatás története című könyvnek is. A Budapesti Műszaki Egyetem Tanácsa mérnöki munkáját 2002-ben aranydiplomával, 2012-ben gyémántdiplomával ismerte el. Az Magyar Elektrotechnikai Egyesületnek már egyetemistaként tagja lett ben alapító tagja és első titkára a MEE Debreceni Szervezetének és 1992 között a szervezet elnökeként tevékenykedett. Mind egyesületi, mind vállalti vezetőként sokat tett az egyesület fejlesztéséért, az egyesületi munka színvonalának emeléséért, a tiszántúli MEE szervezetek nemzetközi kapcsolatainak kiépítéséért, fenntartásáért. Az áramszolgáltatói témákban cikkei jelentek meg az egyesület lapjaiban (Villamosság, Elektrotechnika) és több vándorgyűlésen tartott előadást. Szerkesztője volt a Magyar Elektrotechnikai Egyesület Debreceni Szervezetének 50 éves történetét bemutató kiadványnak. Az egyesületben végzett tevékenysége elismeréseként 1981-ben Bláthy Díj, 1990-ben Elektrotechnika Nagydíj, 2000-ben pedig MEE Életpálya-elismerés Díj kitüntetésben részesült. Emlékét tisztelettel megőrizzük! Korcsog György ETE Hajdú-Bihar megyei elnöke Rubint Dezső MEE Debrecen Szervezet elnöke ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 21

24 K L E N E N Az időjárási tényezők szerepe a villamosenergia-rendszerben, 1 meteorológiai adatbázisok alkalmazása Tomasics Sára tomasics.sara@eszk.org Az időjárásfüggés forrástervezési szempontból számos kérdést vet fel. A megújuló részarány növekedése, a villamosenergia-ellátás forrásoldalának nagymértékű átalakulása (időjárásfüggő rendelkezésre állás, nagyobb arányú decentralizált termelés) miatt a hatékony integráció és az ellátásbiztonság fenntartása újszerű technológiai és piacszervezési megoldásokat igényel. Ezen cikkben általánosságban kerül bemutatásra, hogyan mutatkoznak meg az időjárási hatások a villamosenergia-rendszerben mind termelői mind pedig fogyasztói oldalon, milyen újszerű megoldások lehetnek az időjárásfüggő megújuló alapú villamosenergia-termelés modellezésében. 1 * Considering sustainability aspects, European electricity markets are marked by large-scale development and stepwise integration of renewable energy sources. New generation capacity additions are made up mostly by wind and solar power plants that are generally seen as variable resources, highly dependent on weather conditions. The paper provides a brief overview of the several weather factors that have an influence on the daily operation of power systems. At the same time, the main uses of meteorological data sources are explored for generation adequacy assessments, production and market simulations. * * * Az ellátásbiztonság a kiemelt energiapolitikai és stratégiai prioritások közé tartozik. A fenntarthatóságot szem előtt tartva folytatódik a megújuló energiaforrások részarányának növelése a villamosenergia-termelésben, főként nap- és szélerőművek kerülnek beépítésre, melyek időjárásfüggő termelésűek. Az időjárásfüggő megújulók termelését, rendelkezésre állását nagyban befolyásolja a meteorológiai jellemzők alakulása, mint például a szélsebesség, besugárzás, csapadékmennyiség, valamint a napi menetrendek megtervezésében, az erőművek megfelelő üzemeltetésében jelentős szerepet játszik a hőmérséklet [1]. A forrásoldali kapacitásfejlesztésről szóló elemzések, távlati teljesítőképesség- és erőműmérlegek egyik lényeges kiindulópontja a fogyasztói igények közép- és hosszú távú előrejelzése [2]. A fogyasztói igényeket, a hőerőművek hatásfokát, kihasználtságát is befolyásolja a hőmérséklet megváltozása. A gazdaságban az egyik legjellemzőbb hőmérsékletfüggő termék és szolgáltatás a villamos energia [1]. Az időjárásfüggő megújuló energiaforrások jövőben tervezett nagymértékű integrációja komoly kihívások elé állítja az energiaszektort, mind termelői mind pedig fogyasztói oldalról. A stratégiai elemzéseknél, tervezési folyamatok során tájékozódási pontot nyújthatnak a hálózatfejlesztési terveket is megalapozó kapacitáselemzési (forráselemzési) tanulmányok. A hálózatfejlesztési tervek és erőművi kapacitáselemzések elkészítést és főbb tartalmi követelményeit jogszabályok írják elő mind európai közösségi, mind nemzeti szinten [3]. A regionális hatástanulmányokban 1 A szerzőnek a KLENEN 17 konferencián (Gárdony, március 7-8.) elhangzott előadása ma már egyre gyakrabban alkalmaznak szimulációkat a szél-és naperőművi termelés előrejelzésére, kombinálva ezekben fizikai és statisztikai megközelítést a változékonyság és a rendelkezésre állás elemzésére. A kontinentális európai villamosenergia-rendszerre korábban az UCTE rendszeregyüttműködés keretében készültek forrásoldali kapacitáselemzések, 2010-től pedig az ENTSO-E (European Network of Transmission System Operators for Electricity) jelentet meg hasonló tanulmányokat [3]. Az ENTSO-E folyamatban lévő forráselemzési módszertani továbbfejlesztéseinek egyik fontos részterülete a hőmérsékleti hatások vizsgálata, a hőmérséklet és a rendszerterhelés kapcsolatát leíró, Európa-szerte egységesen alkalmazható összefüggések kidolgozása szeptemberében kerültek ismertetésre a rendszerirányítók képviselői számára az erre vonatkozó javaslatok, miszerint a tagországokra egységesen alkalmazható, polinomiális és lineáris összefüggéseken alapuló hőmérsékletérzékenységi modelleket kell alkalmazni től várhatóan ezeket a modelleket veszik alapul az európai erőművi kapacitáselemzések (Mid-Term Adequacy Forecast), illetve a Tízéves Hálózatfejlesztési Terv (Ten-Year Network Development Plan, TYNDP) szimulációs vizsgálatainál [4]. A szél- és naperőművi termelést leíró idősorok éghajlati modellek adataiból kiinduló előállítása újszerű megközelítés. A termelés modellezése során egyre többször alkalmaznak meteorológiai adatokat. Az időjárásfüggő termelőkapacitások teljesítmény-becsléséhez rendszerszintű mérési adatok, illetve szintetikus, időjárási és rendszermodellekből származtatott idősorok szolgálhatnak kiindulópontul [5,6,7]. Nem csak az általános időjárási jelenségek, hanem a manapság egyre gyakrabban előforduló szélsőséges időjárási események is befolyásolhatják az ellátásbiztonságot, melyek bekövetkezését nem lehet pontosan megjósolni, azonban számítani kell rá. A jelenségről több szakirodalomban is találhatunk leírást [8, 9]. Időjárási tényezők szerepe A villamosenergia-ellátás biztonságát jelentős mértékben befolyásolja az időjárás és az éghajlat. A rendszerirányító által készített teljesítőképesség-mérlegben figyelembe kell venni, hogy az erőművek beépített kapacitása nem áll százszázalékosan rendelkezésre, számolni kell állandó és változó hiányokkal, kapacitáscsökkenéssel. A MAVIR ZRt. Üzemi Szabályzata [10] szerint a rendelkezésre álló változó teljesítőképesség az a legnagyobb, gépkapocsra vonatkozó wattos teljesítmény, amelyet az Erőmű a meglévő állandó jellegű teljesítőképesség hiányok és többletek és a hőszolgáltatás miatti, illetve időjárás miatti változó teljesítmény hiányok figyelembe vételével szolgáltatni tud. A hőszolgáltató erőműveknél is fellép változó nagyságú teljesítőképesség csökkenés, ami a hőigények kielégítésének kötelezettségéből adódik [10]. Időjárás miatt is felléphet változó teljesítményhiány (időjárás miatti változó teljesítmény hiány), ami a főberendezések villamos teljesítményének a meteorológiai viszonyok hatására bekövetkező időleges változása [10]. A MAVIR az éves kapacitásterv készítésekor figyelembe veszi 22 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

25 Tomasics S.: Az időjárási tényezők szerepe a villamosenergia-rendszerben, meteorológiai adatbázisok alkalmazása a szezonális hatások között a hőerőművek teljesítőképességének névlegestől eltérő értékét, a sokévi átlagnak megfelelő hőmérsékleti viszonyokat feltételezve [4]. Termelői oldal A termelői oldalt tekintve a kondenzációs gőzturbináknál a külső levegő hőmérséklete jelentős befolyással bír. A hűtővíz nyári meleg okozta magas hőmérséklete miatt teljesítőképesség csökkenés léphet fel, korlátot a kondenzátorhőmérséklet jelent, a hűtővíz téli hideg okozta, a névleges tervezési értéknél alacsonyabb hőmérséklete a teljesítőképesség növekedését okozza, melynek a turbina kilépési paraméterei jelentenek korlátot. A fagyveszéllyel is számolni kell. Szárazabb év során részleges hűtővízhiány léphet fel, ami termeléskiesést okozhat [11]. A gázturbinák esetében a beszívott levegő hőmérséklete, illetve a légköri levegő nyomása befolyásolja a kiadott teljesítményt. Nyáron a hőmérséklet emelkedésével teljesítmény csökkenés, télen a hidegebb időszakokban teljesítmény többlet tapasztalható [10]. A különbség a gázturbina által kiadott tényleges teljesítmény és a tervezési névleges teljesítmény között abból adódik, hogy eltérő környezeti feltételek mellett üzemelnek, mint ami a szabványban rögzített. A kombinált ciklusú erőművekre a gázturbinákhoz hasonló hatással van a környezeti hőmérséklet. A gázkörfolyamat jobban függ a környezeti hatásoktól, mint a gőzkörfolyamat [11]. Az időjárás változékonyságának forrásoldalra gyakorolt hatása legjobban az időjárásfüggő megújuló energiaforrások termelésén figyelhető meg. A vízerőművek vízhozamának ingadozása (volatilitása) is hatással van a rendszer megfelelőségére, különösen azokon a területeken, ahol nagy a vízerőművek termelésben képviselt részaránya. Ezt a változékonyságot megfelelően kell modellezni, mivel jelentős forrásoldali bizonytalansági faktor. A vízerőművek teljesítőképessége szintén csak részlegesen vehető igénybe, a vízhozamok alakulása mellett figyelembe kell venni az is, hogy a vízerőműveken belül jelentős hányadot képviselnek a szivattyústározós erőművek. Továbbá a csapadékmennyiség és a párolgás mértéke is jelentős szerepet játszik. Az átfolyós vízerőműveknél a vízszint határozza meg az erőművek termelését [11]. Extrém alacsony vízállás esetén előfordulhat, hogy az erőművet le kell állítani, mert a turbina csak minimális átfolyás mellett tud működni. Magas vízállás és árvíz esetén is leállhat a vízerőmű. A termelésben hiány léphet fel a vízfelszínen sodródó jég és egyéb anyagok miatt, különösen árvizek és viharok következményeként. A vízenergia-potenciál elemzésének szokásos módszertani megközelítése a hosszú távú éghajlati megfigyelésen alapszik. A különböző hidrológiai modellekben eltérő csapadékmennyiségű és hőmérsékletű hidrológia évek szerepelnek a globális éghajlati modellek felhasználásával [12]. A szélerőművek termelése a szélsebességtől jelentős mértékben függ, kis változás bekövetkezése is jelentősen befolyásolja a hasznosítható teljesítményt, nagy szélsebességek esetén a szélerőművekben károk is keletkezhetnek (a lapátok különösen érzékenyek a mechanikai hatásokra). A túl kicsi vagy túl nagy sebességnél nem termel a rendszerre, hanem vételez, hogy fékezze a lapátokat, valamint hogy kiforgassa a kerekeket a szélirányból. A szélsebesség nem csak a szélenergia gazdaságos kihasználását, hanem a rendelkezésre állását is jelentősen befolyásolja. A havazás, a jegesedés is befolyásolja a hegyekben, hidegebb éghajlatú területeken valamint 1000 m fölötti területeken levő szélturbinák működését [11]. A naperőműveknél akár csak a szélerőműveknél a termelést illetően szintén jellemző a sztochasztikus rendelkezésre állás. A naperőművi termelések maximuma a déli, napos órákra tehető. A termelést jelentősen befolyásolja a napsugárzás mértéke, a felhőborítottság. A termelés pontosabb előrejelzéséhez szükségesek a meteorológiai adatok, mint a sugárzásés a hőmérséklete [6]. Egy adott évben a múltbéli idősorokhoz képest jelentős eltérések is tapasztalhatóak, azonban hosszú távon ezek a hatások, jelenségek kiegyenlítik egymást, így egy jellemző évvel történő számítás több évre előremutató előrejelzésben jó közelítésnek mondható [11]. A napenergia-termelésre hatással lehetnek a szélsőséges időjárási események és a megnövekedett hőmérséklet, amelyek módosítják a napelemek hatásfokát, ezáltal csökkentve a termelést. Egy felhős időszak során a napelemek teljesítménye akár 40-80%-kal is csökkenthet rövid időn belül, vagy éppen hirtelen megnövekedhet, ha kitisztul az égbolt. Több napelemnél ez a gyors fluktuáció a hálózatra jelentős hatást gyakorol [12]. A hőszolgáltató erőműveknél, az elvételes kondenzációs és ellennyomású erőműegységek esetében azok mindenkor rendelkezésre álló maximális villamos teljesítőképessége a napi közepes külső levegőhőmérséklet függvénye, abban az esetben értelemszerűen, ha az adott erőműegység döntően (80-90%-ban) fűtési célú hőigények hőforrásaként üzemel [13]. Továbbá az elvételes kondenzációs és ellennyomású gőzturbinás erőműegységek a kapcsolt termelés miatt a teljes üzemi időszak meghatározott részében a névleges villamos teljesítőképességüknél kisebb villamos teljesítőképességgel állnak az erőműrendszer rendelkezésére [13]. Fogyasztói oldal A megfelelőségi értékelési tanulmányokban a fogyasztói igény nagyon fontos paraméter, az időjárás jelentősen befolyásolja a villamosenergia-igényeket, főként rövidtávon, döntően közrehatnak a terhelési csúcsok jelentkezésénél [2]. A terhelések hőmérsékletérzékenységének ismeretében egyrészt kiszűrhető a sokévi átlagtól jelentősen eltérő hőmérsékletek hatása, másrészt pedig a későbbiekben becslés adható arra vonatkozóan, hogy a csúcsterhelések várhatóan milyen tartományba esnek [2]. A csúcsterhelések utóbbi években bekövetkezett növekedésében a légkondicionálás elterjedésével párhuzamosan az éghajlati tényezők is egyre inkább közrehatnak, a téli csúcsoknál pedig az elektromos fűtés játszhat szerepet. A magyarországi 2014-es és 2015-ös munkanapok csúcsigényeit mutatja a hőmérséklet függvényében az 1. ábra. 1. ábra. Magyarországi fogyasztói csúcsigény a hőmérséklet függvényében ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 23

26 Tomasics S.: Az időjárási tényezők szerepe a villamosenergia-rendszerben, meteorológiai adatbázisok alkalmazása A megvilágítás szerepe is fontos a fogyasztói igények alakulásában, napsütötte napokon, nappal a megvilágításra kevesebb az energiaigény,azonban a rendkívül meleg nyári napokon a légkondicionálás miatt nem alacsonyabbak, hanem magasabbak a villamosenergia-igények, hiába erősebb a megvilágítás. Meteorológiai és éghajlati modellezési megközelítések A villamosenergia-iparban különböző időjárási és éghajlati kockázatokat figyelembe vevő eszközöket fejlesztettek ki az évek során. Az időjárásfüggő megújuló alapú villamosenergia-termelés térhódításának köszönhetően az utóbbi időben a kapacitáselemzések és villamosenergia-piaci szimulációk készítésénél egyre nagyobb szerepet kapnak a meteorológiai adatok [6], mint például szélsebesség a szélerőművek termelésének meghatározásához besugárzás mértéke a napelemek termelésének meghatározásához hőmérséklet a terhelési profil becsléséhez csapadékmennyiség a vízerőművek termelésének, víztározók kapacitásának meghatározásához A meteorológiai információk szerepe az energiaszektoron belül jelentősen megnőtt. A rendszerirányítóknak illetve a piaci szereplőknek az előrejelzéshez, tervezéshez szükségük van megfelelő információkra a termelést befolyásoló tényezőkről, mint például a napsugárzás, vagy a szélsebesség. Az előrejelzett időjárási paraméterek számos különböző adatszolgáltatásból származhatnak, sokszor jelentős eltérésekkel, ezért fontos ismerni a módszert, hogy a modellezéshez megfelelő adatsor kerüljön alkalmazásra. A meteorológiai adatbázisoknál az előrejelzéseknek csak üzemelőkészítési szempontból van relevanciája. Ezek az információk tipikusan megújulók termelésének idősoros adataiból állnak, melyek szélsebességből és sugárzási adatokból kerültek meghatározásra teljesítménygörbék használatával. A szélsebesség-értékekből az adatbázisban tárolt teljesítmény-jelleggörbék segítségével lehet a várható teljesítményeket számítani. A múltbéli időjárási adatokat tartalmazó meteorológiai/éghajlati adatbázisok a valószínűségi elemzést, illetve a szimulációs vizsgálatokat segítik, teszik lehetővé [6]. A meteorológiai adatbázisok felhasználásának elsődleges célja az időjárásfüggő megújuló alapú villamosenergia-termelés modellezése és ellátásbiztonság értékelése, hiszen ezeknél a forrásoknál az időjárás jóval nagyobb mértékben kihat a rendelkezésre álló teljesítőképességre, mint a hőerőművek esetében. A kapacitáselemzések, megújuló integrációs tanulmányok alapvető célja a döntéstámogatás, rövid távú, operatív döntések, illetőleg hosszú távon új létesítmények tervezése és telepítése, valamint a meglévő létesítmények emisszió korlátozással összefüggő tevékenységi körének kiszolgálása. Hosszú távú előrejelzéseknél (pl. szcenáriók 2050-re) a valószínűségi alapú szimulációknál az adatok egyre gyakrabban származnak éghajlati modellekből. Rövidtávú vizsgálatok során az adatok főként numerikus időjárás előrejelzési modellekből (Numerical Weather Prediction NWP) vagy éghajlati reanalízisből származnak. Az éghajlati és NWP modellezés technikailag a fizikai törvények numerikus integrálásán alapul, az időjárási adatok előrejelzése továbbá statisztikai modellezésű is lehet [6]. Nem szabad eltekinteni attól, hogy az időjárás előrejelzését alapvető bizonytalanság terheli. Ennek számos oka van, mint például a modell fizikai alapjainak bizonytalansága, az abban rejlő bizonytalanság, hogy miként oldjuk meg az egyenleteket, elégtelen felbontás a modellbeli légköri tulajdonságok meghatározásához [14]. Az időjárási és az éghajlati előrejelzések között fontos különbséget tenni. Az időjárási előrejelzéseknél követelmény, hogy a modell a lényeges időjárási eseményeket mind térben, mind időben a lehető legpontosabban tükrözze vissza, addig az éghajlati modellek esetében ez nem reális elvárás [14]. A légköri rendszer jövőbeli állapotát egy rövid időtáv során alapvetően a kiindulási értékek határozzák meg, és bár a kezdeti feltételek meghatározása a mai modern adatasszimilációs technikákkal már viszonylag nagy pontossággal lehetséges, a teljes pontosság soha nem érhető el (s ennek oka nem csak a modellek közelítő jellege), ami az időjárási események maximálisan néhány napos-hetes előrejelezhetőségét teszi lehetővé [15]. EMHIRES European Meteorological derived HIgh resolution RES generation Az EMHIRES adatbázis [7] egy nemrégiben fejlesztett energetikai célú alkalmazás, amely a jelenleg telepített európai szélerőművek potenciális termelésének modellezését teszi lehetővé az elmúlt 30 év időjárási adatainak felhasználásával. Az EMHIRES nyilvánosan elérhető hozzáférést biztosít az időjárásfüggő megújuló termelés meteorológiai adatokból származó idősoros adataihoz. Innovatív módszertant alkalmaz, helyi földrajzi adatokat használ meteorológiai információkból származtatott, nagy időbeli és térbeli felbontású szélerőművi idősorokat. A meteorológia adatok a NASA MERRA adatbázisából származnak. Az adatbázis használata segíti a pontosabb megfelelőségi előrejelzések készítés, a megújulók integrációjáról szóló és a piaci tanulmányok elkészítését. A nap- és szélerőművekből előállított villamos energia elterjedése folyamatosan növeli a villamosenergia-rendszerben a teljesítőképesség sztochasztikusságát. Ennek következtében a tervezés és menetrendezés egyre nagyobb jelentőséggel bír, különös tekintettel az intermittens rendelkezésre állású megújulókkal foglalkozó vizsgálatokra. A jövőbeli tervek között szerepel naperőművi és hőmérsékletkorrigált fogyasztói adatok publikálása. Az adatbázis segítséget nyújt a villamosenergia-rendszert érintő új szituációk szimulálásában. Az EMHIRES első változata négy különböző fájlt tesz elérhetővé, ezek a szélenergia-termelés óránkénti idősorai között [7]. Az időjárásfüggés forrástervezési szempontból számos kérdést vet fel, emiatt mind a beruházás, mind üzemeltetés során érzékelhetően nő a speciális meteorológiai információk iránti igény és bővül a fejlesztői és felhasználói kör. Jelenleg az összeurópai és a regionális számításokhoz nem állnak rendelkezésre olyan rendszerszintű mérésekből származó adatsorok, amelyek az egyidejűségeket figyelembe vevő termelésszimulációt tennének lehetővé. A megfigyelési adatokon, numerikus időjárási modelleken alapuló reanalízisek rácsponti adatainak felhasználásán alapuló modellezés jelentősen hozzájárulhat a kapacitáselemzések fejlődéséhez. Irodalomjegyzék [1] Sugár András (2011): A hőmérséklet hatásáról a villamosenergia-és gázfogyasztás magyarországi példáján, Statisztikai szemle, 89.évfolyam, 4. szám pdf, [2] MAVIR ZRt. (2015): A Magyar Villamosenergia-rendszer fogyasztói 24 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

27 Tomasics S.: Az időjárási tényezők szerepe a villamosenergia-rendszerben, meteorológiai adatbázisok alkalmazása igényeinek előrejelzése emz%c3%a9s_2015.pdf/7038ba00-b46d-4c14-9da2-cecc3b1d098e [3] Tomasics Sára, Gerse Ágnes (2015): Európai erőművi kapacitáselemzések egységes keretek, új feladatok. Magyar Energetika, XXII. évf 5-6.szám, november, [4] MAVIR ZRt. (2016): A Magyar Villamosenergia-rendszer közép- és hosszú távú forrásoldali kapacitásfejlesztése Forr%C3%A1selemz%C3%A9s_2016.pdf/462e9f51-cd6b-45be-b673-6f6afea6f84a, [5] Munira Batool, Farhad Shahnia (2016) Stochastic Modeling of the Output Power of Photovoltaic Generators in Various Weather Conditions. Australasian Universities Power Engineering Conference- AUPEC [6] Gonzalez Aparicio I., Andreas Zucker (2015): Meteorological data for RES-E integration studies. ISBN JRC98779/ _gonzalezaparicio_et_zucker_ meteorologicaldatatreatment_irga%20final.pdf [7] Gonzalez Aparicio I, A. Zucker, F. Careri, F. Monforti, T. Huld, J. Badger (2016): EMHIRES dataset Part I: Wind power generation, European Meteorological derived HIgh resolution RES generation time series for present and future scenarios. ISBN jrcreport_ _lastversion.pdf [8] Eric H. Allen (2016): Watch out for flooding, when the power system created a weather disaster. Power & Energy Magazine. Volume 14. Number 6, November/December pp [9] Mladen Kezunovic, Ian Dobson, Yimai Dong (e.a.): Impact of Extreme Weather on Power System Blackouts and Forced Outages: New Challenges. Extreme_Weather_on_Power_System_Blackouts_and_Forced_ Outages_New_Challenges [10] MAVIR ZRt. Üzemi Szabályzat M7. kiadás / M7.+kiadas_ pdf/94cb0778-ecd7-40f7-878b-e1a11c7f7f [11] Benno Rothstein, Guido Halbig (2010): Weather Sensitivity of Electricity Supply and Data Services of the German Met Office. NATO Security through Science Series C: Environmental Security January Sensitivity_of_Electricity_Supply_and_Data_Services_of_the_ German_Met_Officem [12] Asian Development Bank (2012):Climate Risk and Adaptation in the Electric Power Sector, ISBN , [13] Dr. Fazekas András István (2010): A LOLP valószínűségi mérték alkalmazásának továbbfejlesztése, Elvételes kondenzációs és ellennyomású gőzturbinás erőműegységek megbízhatósági leírása Markov-modell alkalmazásával. Ph.D értekezés, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Budapest, ertekezes.pdf?sequence=1&isallowed=y [14] MET (2015): A valószínűségi időjárás-előrejelzés alapjai [15] Szépszó Gabriella, Bölöni Gergely, Horányi András, Szűcs Mihály (e.a.): A numerikus időjárási modellek felépítése: tér- és időskála, adatasszimiláció, diszkretizáció, parametrizációk, valószínűségi előrejelzések, éghajlati modellezés. (Az Alkalmazott számszerű előrejelzés című elektronikus jegyzet II. fejezete) pdf Példakép lehet az élethosszig való tanulásban. A Fasori Gimnáziumi érettségi után gépészmérnöki diplomáját 1950-ben szerezte a Budapesti Műszaki Egyetemen ban a hőszolgálati erőművek és a hőellátás témájában kidolgozott diszszertációjának megvédését követően a műszaki tudomány kandidátusa lett. A humán és reál területek egyaránt foglalkoztatták. Sokirányú érdeklődését állandó önképzéssel fejlesztette.1997-ben angol tanári diplomát szerzett. Elvégezte a felsőfokú külkereskedelmi áruforgalmi szakképesítő tanfolyamot. Legutolsó vizsgája 2002-ben (80 éves) korában volt. A Budapesti Műszaki Főiskola Neumann János Informatika Főiskola Karán általános informatikus szakmérnök irányú szakképzettséget szerzett. A felelősségteljesen végzett munka volt az élete től 1960-ig a HŐTERV-ben és a Nehézipari Minisztérium, az Energiagazdálkodási Főosztályon dolgozott, osztályvezetői beosztásban ban került az ALUTERV-hez, ahol kalorikus főtechnológusként főleg a timföldgyári energiaellátás és -gazdálkodás problémáival foglalkozott tól 1983-ig a VÁTI Tudományos Irodáján team-vezető, illetve az ÉTI-ben tudományos Elhunyt Taksony György tanácsadó volt. Elsősorban a távfűtés vonalán végzett vizsgálatokat Budapest hőellátására és a termálvíz hasznosítás gazdaságosságára vonatkozóan. Több számítógép programot készített, néhány jelentősebb szabadalma és újítása is van. Országos tervpályázatokon többször nyert első és második díjat. Számos publikációja jelent meg. Napi munkáját kiváló szakismerettel, precizitással, lankadatlan szorgalommal, rendíthetetlen kötelességtudással és tántoríthatatlan meggyőződéssel végezte. Nyugdíjazása után tudományos főmunkatársként tovább dolgozott az ipargazdaság területén és rendszeresen részt vett az Energiagazdálkodási Tudományos Egyesület Szenior Energetikusok Klubjának és a Magyar Tudományos Akadémia programjain. Egész életét a kíváncsiság, a tudni és felfedezni vágyás jellemezte, izgatták az összefüggések és a feltárandó titkok, amelyeket a tudomány képes csak megfejteni. Nagyszerű ember volt, aki minden szerepben megállta a helyét: gondolkodó emberként, társként, kollégaként és jó barátként. Nyugodjon békében! ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 25

28 K L E N E N 1 Fogyasztói befolyásolás ipari nagyfogyasztóknál Pintér László BSc villamosmérnök, pinter.laszlo@eszk.org A fogyasztók villamos energia fogyasztásának átütemezése egy lehetséges módszer a villamosenergia-rendszer szabályozására. A fogyasztást a különböző tarifák indirekt képesek befolyásolni, mely során különböző napok különböző óráiban eltér a villamos energia ára. Az átütemezés közvetlenül csökkentheti egy napelemes rendszer megtérülési idejét, továbbá alternatívája lehet egy lokális energiatárolónak. Az okos mérők terjedésével e rendszerek kiépítése egyre gazdaságosabbá válhat a fogyasztóknál, különösképpen a versenypiacon vételező ipari nagyfogyasztóknál. 1 * Alternating the loading curves can be a solution for the system operators. Beside the flat rates there are different rates for electricity, which have different impact on demand responses. With demand side management the payback time for a solar system can be decreased, meanwhile it s also a competitive alternative for local energy storage systems. With the spread of smart meters, these systems can be worth to build, especially at the industrial consumers. * * * A villamosenergia-rendszer jelentős változások előtt áll. A decentralizáltan termelő megújuló energiaforrások, valamint az energiatárolási lehetőségek folyamatosan fejlődnek. Ezzel párhuzamosan terjed az okos hálózat, okos mérőket és egyéb okos megoldásokkal ellátott eszközöket szerelnek fel. Ezek a berendezések lehetővé teszik a kétirányú kommunikációt akár valós időben, de mindenképp napi szinten, és így nagymértékben megnövekszik a kommunikáció a rendszer fogyasztói és az engedélyesek között. A módosuló szerepek új megoldásokhoz vezethetnek. Az első villamosenergia-hálózatok kiépítése óta az erőműveket szabályozzák a fogyasztói igényeknek megfelelően. Felmerül a kérdés: hogyan lehetséges a fogyasztókat bevonni a szabályozásba, milyen pénzügyi ösztönzőkkel lehet az ő fogyasztásukat befolyásolni? A fogyasztói befolyásolással az ellátásbiztonság fokozható, az energiahatékonyság növelhető, ezáltal pedig a költségek csökkenthetők. Az ipari nagyvállalatok sokkal nagyobb mennyiségű energiával kereskednek, így a villamosenergia-piacon is külön kezelendők. Mivel a magyarországi villamosenergia-fogyasztás több mint felét ők adják, ezért jogos a feltételezés, hogy a fogyasztói befolyásolás hatása várhatóan ebben a fogyasztói szegmensben lesz nagyobb. Fogyasztói befolyásolás tarifákkal A tarifákat két csoportra lehet bontani, léteznek valós idejű és nem valós idejű árazási módszerek. Előbbi még nem terjedt el, ehhez ugyanis megfelelő lokális kommunikációval rendelkező villamos eszközpark, illetve okosmérő szükséges, mely képes akár negyed óránként reagálni az árváltozásra. A nem valós idejű típusok közül az egyik a TOU (Time-of-Use), ahol egy-egy napot órákra bontanak. Az egyes napokon belül 1 A szerzőnek a KLENEN 17 konferencián (Gárdony, március 7-8.) elhangzott előadása csúcs-, illetve völgyidőszakok vannak a villamosenergia-fogyasztás szempontjából. A csúcsidőszakokban a drága csúcserőművek üzemeltetési költségét meg lehet takarítani, amennyiben a fogyasztást csökkentik vagy átütemezik a fogyasztók. A völgyidőszakban a fogyasztás növelhető, természeténél fogva a rendszerirányító célja, hogy minél kevesebb szabályozásra legyen szükség. [2] [3] [13] A CPP (Critical Peak Pricing) alkalmazásának célja, hogy az év bizonyos napjain a kiugróan magas fogyasztást mérsékeljék. Éppen ezért a TOU-val ellentétben nem egész évben, csupán az évnek néhány napján érvényes, mely napokat előre kijelöli a hálózat üzemeltetője. Ez jellemzően nap, továbbá általánosságan a TOU árazáshoz képest sokkal magasabb a csúcsidőszaki ár. A magasabb ár ösztönzőbben hathat egy alacsonyabb csúcsidőszaki árhoz képest, hogy a fogyasztó átütemezze a villamos energia használatát. [3] [13] A további különböző árazási modellek közül megemlítendő még az EDP (Extreme Day Pricing), mely a rendszer szempontjából kritikus napokon érvényes a CPP-hez hasonlóan, azonban az adott nap 24 órájában érvényes a magasabb tarifa. [3] [13] Kiindulási adatok A fogyasztói befolyásolás vizsgálatához összesen 20 ipari fogyasztó éves idősoros mérési adatai állnak rendelkezésre összesen 65 GWh éves összfogyasztással. Van köztük 10 MWh-s és 35 GWh-s éves fogyasztású is. Mind középfeszültségen vételeznek, ezért a megtérülés számításához az E.ON Medium tarifája megfelelő választás volt. A tarifa tartalmazza a rendszerhasználati díjakat. A két zónaidőben fogyasztott villamos energia mennyisége alapján fizetett tarifa mellett egy alapdíjat szükséges fizetni, továbbá a meddő energia díját, valamint a kapacitás díjat. Ezen felül még általános forgalmi adót, valamint az energiaadót kell fizetnie a fogyasztónak. [15] A fogyasztóknak lehetőségük van napelemes rendszer telepítésére, továbbá 0,5 MW-nál kisebb beépített teljesítmény esetén a kötelező átvételi rendszer keretében a rendszerirányító átveszi a napelem által megtermelt energiát. A villamosenergia-törvény alapján a Magyar Energetikai és Közmű-szabályozási Hivatal állapítja meg az átvételi mennyiséget, illetve árat. Elszámolás szempontjából a háztartási méretű kiserőművekkel ellentétben ahol szaldó alapján van elszámolás a középfeszültségre csatlakozó kiserőművek visszatáplálása a meghatározott átvételi árakon történik, a fogyasztás pedig a tarifának megfelelően. A fogyasztók telephelye ismeretlen, ezért napelemnek egy magyarországi, déli tájolású 2 kw-os csúcsteljesítményű rendszert lett kiindulási alapnak véve, melyről szintén rendelkezésre állt 365 napnyi negyedórás idősoros mérés. [8] [9] [10] [11] Az elmúlt évtizedekben újra és újra felmerült az igény, hogy a megtermelt villamos energiát ne csak térben, de időben is el tudjuk osztani. Mivel magát a villamos energiát nem lehet eltárolni, ezért különféle mechanikai, kémiai stb. energiaátalakítók szükségesek a tárolás megvalósításához. A kiválasztott technológia függ az alkalmazási területtől is, eltérő töltési és kisütési karakterisztikák szükségesek különböző esetekben. Az energiatárolók legfontosabb 26 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

29 Pintér L.: Fogyasztói befolyásolás ipari nagyfogyasztóknál paraméterei a teljesítmény, a kapacitás, az élettartam, a hatásfok, a ciklusszám, az energiasűrűség, a teljesítménysűrűség, a kisütési idő és a válaszidő. [6] Az egyes technológiák összehasonlításakor az volt a szempont, hogy az adott típus minél jobban ki tudja elégíteni azokat a célokat, melyeket a fogyasztói befolyásolás is szolgál, ezzel megtámogatva azt. Attól függően, hogy milyen típusú a tarifa, a csúcsidőszakok TOU és CPP esetében néhány órások, EDP esetében pedig 24 órások. A kisütési időket összevetve elmondható, hogy a túl nagy kisütési idővel rendelkező akkumulátorok több napos, hetes nem alkalmazhatóak a fogyasztói befolyásolás megtámogatására. Ugyanígy a túl gyors akkumulátorok néhány másodperc sem, ezeket más szerepek betöltésére tervezték, például frekvenciaszabályozás, teljesítményminőség javítása. Másik szempont a teljesítménysűrűség. Egy tipikus példa erre a szivattyús tározós vízerőmű, mely az energia eltárolásának ugyan egy hatékony, és nagyméretben könnyen megvalósítható formája, azonban az energiatároló méretei nem teszik lehetővé, hogy egy ipari telephelyen elférjen. A kis teljesítmény- és energiasűrűségű szivattyúzott vizet, illetve sűrített levegőt tároló technológiák inkább rendszerirányítói, mint nagyfogyasztói méretben érdekes, ebből kifolyólag alkalmazzák tartalékképzésre, illetve csúcslevágásra. Ezek szempontok alapján az 1. táblázatban látható az energiatárolók fogyasztói befolyásolásra alkalmas típusainak leszűkített listája. 1. táblázat. Energiatárolási lehetőségek összehasonlítás várható élettartam alapján Technológia Hatásfok [%] Gyári élettartam [év] Várható élettartam [év] Átlagos ciklusszám [db] Ólomsavas akkumulátor NiCd akkumulátor NiMH akkumulátor Li-ion akkumulátor Cink-levegő akkumulátor NaS akkumulátor NaNiCl akkumulátor Vanádiumredox akkumulátor A gyári élettartam a gyártó által megadott élettartam, mely modellenként eltérhet. Ez magában foglalja az öregedést, kémiai és fizikai eróziót. A várható élettartam évi ciklussal lett megállapítva, mely megfelel heti 5, illetve 14 ciklusnak vagyis napiheti rendszeres igénybevételű használatot jelent. Természetesen a gyakorlatban a várható élettartamnak korlátot szab a gyári élettartam, kevés használat mellett is romlanak az akkumulátor különböző paraméterei adott idő eltelte után. Rendszerek méretezése Az alapfeltevés, hogy a fogyasztók a tarifával arányosan reagálnak. Ez azt jelenti, hogy van egy nullánál nagyobb küszöbár, melynek a zónaidők ára között kell lennie. Adott fogyasztótól függ, hogy ennek az árkülönbségnek mennyire szükséges nagynak lennie, hogy az átütemezés megérje számára. Így ha a csúcsidőszak egy bizonyos mértékkel drágább a völgyidőszaknál, akkor a fogyasztó hajlandó némi energiát átütemezni. Az átütemezésnek gátat szab egyrészt a fogyasztó költséggörbéje vagyis hogy bizonyos mennyiségű terméket, szolgáltatást a villamosenergia-ártól függetlenül köteles előállítani, mert erre például szerződések kötelezik, másrészt az eszközeinek, berendezéseinek fizikai paraméterei is korlátokat állítanak fel. A fogyasztó a villamosenergia-keresletét bizonyos mértékben képes megváltoztatni az ösztönző tarifák függvényében. A fogyasztó keresleti és a kereskedő kínálati görbéjének hatására ha változik a kínálati ár, a keresleti mennyiség is változni fog. Ezek a görbék nem ismertek, csak statisztikai felméréssel lehet megbecsülni őket. Lehet definiálni azonban egy átütemezési hajlandóságot (jele legyen: α), mely a továbbiakban azt jelöli, hogy mekkora csúcscsökkentésre képes a fogyasztó, százalékban. Az α = 0%-os esetén nincs átütemezés, az α = 100%-os esetben a fogyasztó akár 100%-kal is csökkentheti a fogyasztását. A kiadások csökkentése céljából, a különböző rendszereket önmagában és egymáshoz szükséges optimalizálni, méretezni. Megoldandó kérdés, hogy a fogyasztást egy algoritmus hogyan ütemezze át. Ehhez adott a fogyasztó időszakbéli csúcsfogyasztása, valamint a csúcscsökkentési hajlandósága utóbbi nemzetközi tapasztalatok alapján 20%-os értéknek vehető fel. Ez azt jelenti, hogy a csúcsidei teljesítményfelvételt sok fogyasztó akár 20%-kal is képes csökkenteni megfelelő tarifák mellett. Az egyes napokon átütemezett energia véletlenszerűen adódik a fenti tényezőket figyelembe véve. A vezérlést megvalósító eszközben szükséges egy zónaidőt jelző változó. Két tarifás rendszernél ez egy bit, mely logikai 1 -es értéket vesz fel csúcsidőszak esetén, logikai 0 -t völgyidőszak esetén. 1 -es érték esetén a fogyasztás egy részét a fogyasztó árrugalmasságának megfelelően ütemezi át csúcsidőszakból völgyidőszakba. A napelemes rendszerek méretezésénél tervezési alapelv, hogy a napelemes rendszer által termelt éves energia egyenlő legyen az éves fogyasztással. A tarifákból és a kötelező átvételi árból fakad, hogy a fogyasztónak kedvezőbb pénzügyileg, ha a napelem által megtermelt áramot elfogyasztja ahelyett, hogy visszatáplálná. [5] Az előbbi megállapítás alapján fogyasztói befolyásolással a napelemes rendszerhez optimalizálható a fogyasztás. Ebben az esetben a fogyasztó oldalán először egy bit jelzi, hogy lesz-e az adott órában várhatóan napelemes visszatáplálás, egy másik bit pedig a tarifát jelzi. Az átütemező algoritmust kétszer egymás után lefuttatva az előbb a napelemes termelés, majd a zónaidők alapján ütemezi át a fogyasztást. Értékelés TOU esetén a már említett E.ON Medium tarifát használva csúcsidőszakra 51,12 Ft/kWh, völgyidőszakra 27,48 Ft/kWh a villamos energia ára. Mivel CPP és EDP még nem valósult meg Magyarországon, ezért a francia EDF-et alapul véve két zónaidőnél a drágább időszak az olcsóbb ötszöröse. Egy adott fogyasztót vizsgálva amennyiben rögzítjük a 15, illetve 21 napot CPP és EDP esetén, megállapítható olyan díjszabás CPP-hez és EDP-hez, mellyel átütemezés nélküli esetben (α = 0) a TOU esethez hasonló éves villamosenergia-kiadással lehet számolni. Ez CPP esetén 35 Ft/kWh a napok többségén, a kritikus csúcsidőszakban 175 Ft/kWh, EDP esetén 31 Ft/kWh, az extrém fogyasztású csúcsidőszakot jelentő napokon 155 Ft/kWh. Egy adott fogyasztó esetén a különböző csúcscsökkentési hajlandóságokra az éves villamosenergia-kiadást az 1. ábra mutatja. Az ábrák jellegre a többi fogyasztó esetében is hasonlóak. [7] ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 27

30 Pintér L.: Fogyasztói befolyásolás ipari nagyfogyasztóknál 1. ábra. A csúcscsökkentési hajlandóság és a kiadások kapcsolata 2. ábra. A 20 évre fajlagosított villamosenergia-ár Általánosságban elmondható, hogy a Time-of-Use árazásnál reagálnak a fogyasztók legdinamikusabban az átütemezésre, valamint itt érhető el a legnagyobb megtakarítás a villamosenergiakiadásokban. Rendszerirányítói szemmel nézve nem elhanyagolható a vizsgált másik két átütemezési típus Critical Peak Pricing és Extreme Day Pricing sem. A továbbiakban a fogyasztói befolyásolás és a napelemes rendszerek kapcsolatának vizsgálata volt a cél, azon belül is elsősorban az érdekes a felhasználók szempontjából, hogy lehetséges-e csökkenteni a megtérülési időt a fogyasztások átütemezésével. A korábban ismertetett átütemezési algoritmusok alapján három eset különíthető el TOU tarifáknál a napelemek megtérülése szempontjából: tarifák alapján átütemezett a fogyasztás; napelemes előrejelzés alapján átütemezett a fogyasztás; napelemes előrejelzés és tarifák alapján is átütemezett a fogyasztás. Az elsőnél a tarifák közti árrés maximális kihasználására optimalizálunk, a másodiknál a visszatáplálás minimalizálása a cél, a harmadiknál a visszatáplálás minimalizálása és a tarifában lévő árrés maximális kihasználása is cél. Az optimalizáláshoz fontos ismerni az egyes időszakok kiadásait. A visszatápláláskor kötelezően átvett energiáért 31,77 Ft/kWh illeti meg a fogyasztót, ehhez adó nem tartozik. Ezzel szemben csúcsidőszakban fogyasztás esetén 65,32 Ft/kWh árat szükséges fizetnie kilowattóránként, völgyidőszakban 35,29 Ft/kWh-t, utóbbi kettő általános forgalmi adóval és energiaadóval van terhelve. Ezek alapján elmondható, hogy a fogyasztónak költségszempontból az a kedvező, ha minél kevesebbet próbál meg visszatáplálni, ezek után következik preferenciasorrendben, hogy völgyidőszakban fogyasszon több energiát, és csak a legutolsó, hogy csúcsidőszakban a hálózatból vételezzen. A három különböző optimalizálási megközelítés mellett a 2. ábrán az eredeti napelemes rendszer fajlagos villamos energia ára is látható, a csúcscsökkentési hajlandóság a nemzetközi szakirodalmak alapján 20%. Az algoritmusról, mely a napelemes termeléshez és a tarifákhoz is optimalizálja a fogyasztást, elmondható, hogy az eredeti kiadásokhoz képest kevesebb kiadással jár. Ez a megállapítás csupán az F7-es fogyasztónál nem igaz, melyről elmondható, hogy egy igen alacsony energiafelhasználású fogyasztó. Az, hogy önmagában a fotovoltaikus termeléshez vagy a tarifákhoz optimalizált fogyasztói befolyásolás a költséghatékonyabb nem állapítható meg egyértelműen. A PV termeléshez és tarifákhoz optimalizált átütemezés hatására 20%-os csúcscsökkentési hajlandóságot feltételezve fogyasztónként átlagosan 6%-kal kevesebb a villamosenergia-kiadás 20 év alatt, mely ipari nagyfogyasztók révén jelentős megtakarításnak mondható. Összefoglaló Az olyan országokban, ahol már valamennyire elterjedt a fogyasztói befolyásolás, egy közös jellemző figyelhető meg. Ez nem más, minthogy bevezetésekor az elosztói, illetve átviteli engedélyesek, a termelők és a hatóságok is egyetértettek, ezt tehát egy szükséges feltétele az elterjedésének. Magyarország esetében az sem elhanyagolandó szempont, hogy a fogyasztók mentalitását hogyan lehet megváltoztatni, milyen akciókkal, illetve kampányokkal lehetséges energiatudatosságra ösztönözni. [14] A fogyasztói befolyásolásnak a különböző feltörekvő technológiák esetében számos előnye lehet. 20 éves távlatban vizsgálva egy napelemes rendszer kiadásaival összemérhetők egy fogyasztói befolyásolást alkalmazó rendszer kiadásai fontos azonban hangsúlyozni, hogy az olyan költségek nem lettek beárazva a vizsgált modellben, mint a fogyasztó kényelme, valamint a fogyasztói befolyásolás kiépítésének költsége. Ezen túlmenően elmondható, hogy optimális átütemezéssel a napelem termelését és az adott tarifarendszert figyelembe véve egy napelemes rendszer megtérülési ideje csökkenthető átlagosan egy évvel. A különböző fogyasztókra méretezett rendszereknél 7-16 éves megtérülési idők adódtak. A lokális energiatárolók jelenleg még kevésbé terjedtek el a napelemekhez képest, éppen ezért részletes következtetésekhez további vizsgálat szükséges. Az energiatárolók magas beruházási költsége miatt az elkövetkező években még biztosan az energiatárolás egyik alternatívája lehet a fogyasztói befolyásolás. 28 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

31 Pintér L.: Fogyasztói befolyásolás ipari nagyfogyasztóknál Összességében elmondható, hogy a nem valós idejű módszerek nem alkalmasak napközbeni problémák kezelésére, csupán a trendek megváltoztatására valók. A későbbiekben éppen ezért érdemes a fenti eredményék fényében a valós idejű tarifát is megvizsgálni. Irodalomjegyzék [1] Dán A., Divényi D., Hartmann B., Kiss P., Raisz D. és Vokony I.: Perspectives of Demand-Side Management in a Smart Metered Environment [2] A. Neuberg: Ripple Control in the Czecz Republic and Demand Side Management [3] Polgári B., Raisz D. és Hartmann B.: An overview of Demand- Side Management [4] Pintér, L.: A Demand Side Management nemzetközi gyakorlata. Energiagazdálkodás, Vol pp [5] Raisz, D.: Háztartási méretű kiserőmű (napelemes rendszer) méretezése, hálózati hatása, Villamos energetika gyakorlat, 2016 [6] Táczi I.: Energiatárolás alkalmazásai, különös tekintettel az elosztó hálózatokra, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Villaosmérnöki és Informatikai Kar, Villamos Energetika Tanszék, Szakdolgozat, 2015 [7] Wagner Solar Hungária Kft. [8] Magyar Országgyűlés: évi LXXXVI. törvény a villamos energiáról [9] Magyar Országgyűlés: 389/2007. (XII. 23.) Korm. rendelet a megújuló energiaforrásból vagy hulladékból nyert energiával termelt villamos energia, valamint a kapcsoltan termelt villamos energia kötelező átvételéről és átvételi áráról [10] Magyar Országgyűlés: 4/2013. (X. 16.) MEKH rendelet a villamos energia rendszerhasználati díjakról és alkalmazásuk szabályairól [11] Magyar Országgyűlés: évi LXXXVIII. törvény az energiaadóról [12] Smart Energy Demand Coalition: Mapping Demand Response in Europe Today, 2015 [13] Polgári B., Raisz D., Hartmann D., Overview on Demand Side Management. 8th International Conference on Deregulated Electricity Market Issues in South Eastern Europe, At Cavtat, Croatia, 2013 [14] Katz, M.B.: Demand-side management: Reflections of an irreverent regulator. Resources and Energy. Vol. 14. No pp [15] E.On. Energiakereskedő Kft. [16] Pintér L.: Fogyasztói befolyásolás lehetőségeinek vizsgálata különös tekintettel az ipari fogyasztókra, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Villaosmérnöki és Informatikai Kar, Villamos Energetika Tanszék, Szakdolgozat, 2016 Energetikai szakirányú továbbképzés A képzést azok figyelmébe ajánljuk, akik fel akarják frissíteni energetikai ismereteiket, vagy bár más műszaki területen szereztek oklevelet, de az energetika szektorban tevékenykednek. Az órákat kéthetente, pénteken tartjuk. Jelentkezési határidő: szeptemberben induló képzésre: augusztus 31. A képzés költsége 265eFt/félév, kezdete: szeptember 11. A jelentkezési lap letölthető: A szak megnevezése: Energiatermelési szakirányú továbbképzési szak levelező képzés BSc (főiskolai) végzettségűek számára Az oklevélben szereplő szakképzettség megnevezése: Energiatermelési szakmérnök A válaszható ágazatok megnevezése: Hő- és villamosenergia ágazat Megújuló energia ágazat Távhőellátás ágazat Hőszivattyú és hűtéstechnika ágazat A jelentkezés feltételei: Legalább főiskolai vagy BSc szintű végzettség műszaki képzési területen. Legalább három éves szakirányú szakmai gyakorlat. A képzési idő: a félévek száma: 4 félév, a kontaktórák száma: 480 (kéthetente péntek-szombat) az oklevél megszerzéséhez szükséges kreditek száma: 120. A szakért felelős oktató, kapcsolattartó: Dr. Ősz János egyetemi docens, Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék, osz@energia.bme.hu, 06-1/ A képzés során elsajátítandó kompetenciák, tudáselemek, megszerezhető ismeretek, személyes adottságok, készségek, a szakképzettség alkalmazása konkrét környezetben, tevékenység-rendszerben: Az energiatermelési szakirányú továbbképzési szak két ágazatának oktatási célkitűzése olyan, kiemelkedő energiastratégiai, technológiai tudással és naprakész gazdasági, jogi információkkal rendelkező szakemberek képzése, akik a hő és villamos energia valamint a megújuló energia szakterületének átfogó hazai és nemzetközi kérdéseinek elmélyült ismeretével rendelkeznek. A végzett hallgatók képesek lesznek a különböző energetikai problémákat felismerni, azokat az energiahatékonyság és a fenntartható energetika hazai adottságainak megfelelően megoldani. Olyan, új energetikai szemléletmóddal és speciális ismeretekkel rendelkező szakmérnökök képzését szeretnénk megvalósítani, akik a korábban megszerzett mérnöki végzettségük és felsőfokú szakismeretük birtokában ismerik az energetika hazai és nemzetközi problémáit, megoldási módszereit, képesek a változatok feltárására, hatásuk elemzésére, valamint a fenntartható energetika követelményeivel harmonizáló műszaki technológiák alkalmazására, a létesítmények szakszerű megtervezésére, üzemeltetésére. Ezért alapvető fontosságúnak tartjuk a fenntartható energetika új szemléletének kialakítását. Ennek érdekében az általános alaptárgyakat oktató és közös programú első tanévet követően a szakirányú továbbképzés az alábbi négy ágazatban folytatódik: Hő- és villamosenergia ágazat Megújuló energia ágazat Távhőellátás ágazat Hőszivattyú és hűtéstechnika ágazat ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 29

32 K L E N E N 1 Részkisülések spektrumanalízise és detektálása Veres Dániel villamosmérnök, veres.daniel@eszk.org Munkám során a részkisüléseknek hívott villamos jelenség speciális kérdésével foglalkoztam. Ennek a jelenségnek a vizsgálata, monitorozása, kiküszöbölése elengedhetetlen az átviteli hálózaton található eszközök zavartalan működéséhez. A részkisülések új módszerekkel történő vizsgálata hozzájárul a fogyasztók ellátásának folyamatosságához, a villamosenergia-minőség javításához. 1 * In my work, I examined the special behaviour of partial discharges. Understanding and investigating this phenomenon and on-line monitoring the equipment of the transmission network is important to keep up the continuous energy supply. * * * Az energiatermelési és az energiaátviteli folyamat nagyon komplex, sok összetevője van. Villamos szempontból a legfontosabb, hogy az erőművekben megtermelt villamos energiát el kell juttatni a fogyasztókhoz. Bár egyre nagyobb szerepet kap a decentralizált energiatermelés, még mindig jelentős szerepe van a nagyerőműveknek. Az átviteli lánc legfontosabb elemei a transzformátorok. Az erőművi generátorkapcsokon megjelenő feszültséget többlépcsős feltranszformálás után juttatják az átviteli hálózat nagyfeszültségű távvezetékeire, így csökkentve a hálózati veszteségeket. A nagyfeszültségű transzformátorok az átviteli hálózat legdrágább elemei. Ennek oka, hogy a mai elvárásoknak (kis meghibásodási ráta, jó hatásfok stb.) megfelelő berendezések fejlesztése rengeteg tervezést igényel, valamint felépítéséből és működéséből adódóan a transzformátor nagy mennyiségű fém és szigetelőanyagot (olaj) tartalmaz. Egy ilyen hálózati elem meghibásodása nagy problémát jelent mind az energiaátvitel biztonsága (átrendezésekből adódó túlterhelődés veszélye, n 1 elv sérülése stb.) mind a fogyasztók szempontjából. A hibák kiszűrése és a kockázatok elkerülése érdekében szükség van a transzformátorok folyamatos online és offline diagnosztikájára. A nem távvezetéki zárlat hatására fellépő hibák jelentős többségét részkisülések (PD partial discharges) előzik meg. Sok kiforrott diagnosztikai módszer létezik már, amelyet hazánkban is alkalmaznak. Az UHF (Ultra High Frequency) részkisülésmérés egy olyan online transzformátor-diagnosztikai módszer, amely még a mai modern technológiák mellett is rengeteg kérdést tartogat magában. Az erősen inhomogén villamos erőtérben a szigetelőanyagok villamos szilárdsága lokálisan leromlik, letörik. Ezt a jelenséget nevezzük részletörésnek, más néven részkisülésnek. A kisülések az erőtérnek csak egy kis részére terjednek ki, ezért nem okoznak teljes átütést/átívelést. A részkisülések folyamatos jelenléte azonban károsítja a szigetelőanyagot, így csökken a szigetelő élettartama és előbb-utóbb a részkisülések teljes átütéshez vezetnek. Részkisülések kialakulása hálózati transzformátorokban Az nagyfeszültségű transzformátorok szigetelését szilárd és folyékony szigetelőanyagok együttesen, sorosan és párhuzamosan rétegezve alkotják. A tekercselések szigetelésére olajjal átitatott papírt 1 A szerzőnek a KLENEN 17 konferencián (Gárdony, március 7-8.) elhangzott előadása vagy prespánt alkalmaznak, míg a transzformátorházat olajjal töltik fel. A szilárd szigetelésben található olaj és papír szoros kölcsönhatásban vannak egymással: a papír megköti az olaj szigetelési tulajdonságait rontó anyagokat (öregedési termékek, víz egy része stb.), míg az olaj oldja a papír bomlásakor keletkező vegyületeket. Általánosságban elmondható, hogy mind az öregedés, mind a nedvesedés rontja az olaj-papír szigetelés szigetelési tulajdonságait, először részleges kisülés, majd végső soron átütés jön létre. Elnedvesedett szigetelés esetén a papírnak az egyensúly beálltához olyan mennyiségű vizet kell leadnia az olaj felé, hogy azt az olaj már nem tudja oldani, így a víz szabadon kiválik, a villamos szilárdságot jelentősen lerontja. A nedvesség jelenléte elősegíti a részkisülések kialakulását is: a hőmérséklet, a villamos erőtér és a szigetelésben lévő víz együttes hatásaként buborékok keletkeznek az olajban. Az a térerősség, aminél ez a folyamat elindul, erősen térerősség és hőmérsékletfüggő. A buborékokban létrejövő részkisülések könnyedén teljes átütéshez vezethetnek, ez pedig a berendezés üzemzavarát, meghibásodását, de akár a transzformátor kigyulladását is eredményezheti. 1. ábra. Részkisülések detektálása oszcilloszkóppal A részkisülések méréséhez zajszegény villamos környezetre van szükség, amely általában a transzformátorok felszerelt helyén nehezen biztosítható. A hálózati zavarok, a hozzávezetéseken kialakuló koronakisülés és ezek korreláltsága a fázisfeszültséggel jelentősen megnehezítik az eredmények kiértékelését. Új transzformátorok esetén a részkisülések jelenléte arra utal, hogy tervezési, gyártási vagy üzembehelyezési hibák történtek. Használatban lévő transzformátoroknál a szigetelés öregedésére (villamos szilárdság csökkenése), karbantartási, javítási hibára lehet következtetni. A hiba jellege meghatározható a részkisülés-impulzusok fázishelyzetéből, begyújtási- és kialvási feszültségeikből, időbeli változásaikból. Az UHF részkisülésmérés módszertana Az UHF részkisülésmérés azon alapszik, hogy a részkisülések gyors felfutású impulzusok, amelyek elektromágneses hullámokat bocsátanak ki a környező szigetelőolaj irányába UHF frekvenciatartományban (300 MHz 3 GHz). Ezeknek a jeleknek a detektálásával a PD lokalizálható, a módszer online és offline diagnosztikára 30 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

33 Veres D.: Részkisülések spektrumanalízise és detektálása felhasználható, de még online monitorozásra is alkalmas. A földelt transzformátorház kiváló elektromágneses árnyékolást jelent a külső zavarokkal szemben, ha az UHF szenzorokat a transzformátor belsejében helyezzük el. Az átvezető szigetelő aluláteresztő szűrőként a környezeti nagyfrekvenciás zavarok szűrésére alkalmas, valamint többnyire ismertek a környezeti zavarok forrásai, így a jel detektálása után lehetőségünk van kiszűrni azokat. További előnye az UHF tartományban lévő jelterjedésnek, hogy a csillapítása kicsi, így a jelzaj viszony jó értékű lesz. Ebből adódóan az UHF módszerrel magas érzékenység érhető el és alkalmas a helyszíni vizsgálatokra is. 2. ábra. Az UHF részkisülésmérés előnyei környezeti zavartűrés szempontjából A részkisülés lokalizálása sokféleképpen történhet, de talán a legegyszerűbb módszer a jelterjedési idők mérése. Ez alapján a fáziseltolások alapján legalább három antenna jelének felhasználásával a háromszögezés módszer alkalmazásával a PD lokalizálható. A 2. ábrán látható térfogatban a három ismeretlen az (x, y, z) koordináták. Ennélfogva egy pontos térbeli PD elhelyezkedéshez legalább három egyenlet felírása szükséges, ezért a használt antennák számának minimum háromnak kell lennie. Előfordulhat, hogy a számítások elvégzéséhez a jel-zaj viszony túl kicsi, ilyenkor a jeleken egy átlagolást végezve a hiba kiküszöbölhető. megismeréséhez, amivel a szakirodalmakban található módszerek sávszélességénél nagyobb sávszélesség elérhető. Ezért a szakirodalmak tanulmányozása közben különös figyelmet fordítottam a cikkekben szereplő frekvenciatartományokra. A legtöbb forrásban nem vizsgálták a teljes UHF tartományt, csak egy töredékét (például MHz között). Általában a kisebb sávszélességű adatrögzítések oka a sávszéleken már nem megfelelő árnyékolás, vagy a túl nagy csillapítás volt. Természetesen a mérés sávszélességét valamely berendezés korlátja biztosan befolyásolja. Ez nem csak az antenna, vagy esetemben a GTEM cella sávszélessége lehet, hanem a mérőműszer (spektrumanalizátor) frekvenciaátfogása is. UHF antennák alkalmazása laboratóriumi körülmények között A BME Nagyfeszültségű Laboratóriumában lehetőségem nyílt a szakirodalmakból elsajátított módszerek továbbfejlsztésével kipróbálni, hogy az UHF antennákkal történő részkisülés detektálás hogyan lehetséges. A Nagyfeszültségű Laboratóriumban korábban elindult kutatás során készült négy darab UHF tartományra hangolt dipólantenna. Munkám során én is ezeket az antennákat használtam fel. A dipólantennák közelítőleg 350 MHz és 835 MHz közötti frekvenciatartomány mérésére alkalmasak. A laboratóriumban egy korábban összeállított, olajminták hagyományos mérésére alkalmas elrendezésen lehetőségem nyílt párhuzamosan elvégezni különböző részkisülés méréseket. Miközben az olajmintában elhelyezett szilárd szigetelőanyagon (prespán) a feszültséget folyamatosan növeltük, egy adott feszültségértéknél begyújtottak a részkisülések, majd egy nagyobb feszültségen állandó jelleggel jelen voltak. A feszültség további növelése során a szilárd szigetelőminta az olajban átütött. Két oszcilloszkóppal és párhuzamosan a négy UHF antennával figyeltem a részkisüléseket. Az egyik oszcilloszkóp a próbatranszformátor feszültségét és egy hagyományos részkisülés-mérővel a részkisülés feszültségét mérte. Egy másik, négycsatornás oszcilloszkóppal a négy antenna jelét mértem. 3. ábra. Háromszögelés elvén alapuló PD helymeghatározás Rendelkezésre álló szakirodalom Ismeretes, hogy a jelterjedés a szigetelőanyagokban erősen frekvenciafüggő lehet. Ennek oka, hogy a komplex permittivitásnak mind a valós, mind a képzetes része is frekvenciafüggő. A részkisülések spektrumát ezért minél szélesebb frekvenciatartományban érdemes megismerni. Ezáltal a PD összetevőinek nagyobb százalékát vehetjük figyelembe a helymeghatározási számolások során, így a kialakulási helyre irányuló becslés pontossága is nő. Munkám során egy olyan mérési módszert igyekeztem alkalmazni a spektrum 4. ábra. 2-es és 3-as számú antennák vett jelei PD jelenség esetén Jól látszik, hogy mindkét jelben megjelennek a részkisülések a pirossal bekeretezett részeken. Az is megfigyelhető, hogy fázisban nincsenek eltolódva egymáshoz képest, tehát a részkisülés a két csatornán egyszerre érkezett az oszcilloszkóp BNC csatlakozójához. Ez azt bizonyítja, hogy az antennák tényleg azonos távolságra helyezkedtek el a részkisüléstől, illetve a koax-kábelek hossza is azonos volt. Ez az információ felhasználható arra, hogy a későbbiekben egy olyan ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 31

34 Veres D.: Részkisülések spektrumanalízise és detektálása elrendezésnél, amikor az antennák nem azonos távolságra vannak a részkisüléstől (okozza ezt akár a nem szimmetrikus elhelyezés, akár a részkisülés helyének eltolódása), a fáziseltolódásokból négy antenna jelének feldolgozásával kiszámítható lesz az antennáknak a részkisüléshez viszonyított pozíciója. Természetesen az antennák minden részkisülést, így a hozzávezetéseken létrejövő koronajelenségeket is detektálják, ezért a részletes kiértékelés és a feldolgozás előtt ezeket a zavaró tényezőket ki kell szűrni a jelalakokból. GTEM cella alkalmazása a PD spektrumának meghatározására A továbblépési lehetőségek miatt szükségét éreztem a részkisülés terjedési tulajdonságait is jobban megismerni, így egy GTEM (Gigahertz Transverse Electromagnetic) cella segítségével megalapoztam a részkisülés spektrumának meghatározását. A GTEM cella egy olyan árnyékolt berendezés, amelynek a belsejében kialakításánál fogva homogén teret lehet létrehozni. Segítségével elektronikus berendezések immunitásvizsgálatát és elektromágneses kibocsátását lehet vizsgálni. Szabványos EMC (Electromagnetic Compatibility) vizsgálatok elvégzésére is alkalmas. Elektromágneses viselkedését tekintve a cella egy téglalap alapú, üreges gúla alakú transzmissziós vonal. Ez az elrendezés lehetővé teszi, hogy a belsejében csak haladó hullámok alakuljanak ki. A tervezés során több fontos irányelv is volt. Az első, hogy a DC tápegység elég nagy feszültséget biztosítson ahhoz, hogy a részkisülést reprezentáló átütés a szikraközön létrejöjjön, azonban ne legyen túl nagy sem a feszültség, mert az az áramköri elemek, környező berendezések károsodásához vezethet. Ezért a DC tápegység feszültségét néhány kv-os értéken kellett maximalizálni. További szempont a korábban említett visszirányú jelterjedés megakadályozása is. Erre szolgál egy soros ellenállás, amely nagy értéke révén ezt a hatást kiküszöböli. Az ellenállás mellé úgy kell kiválasztani a kondenzátort, hogy a kisülések ne kövessék túl gyakran egymást. Az ellenállás és a kapacitás szorzata adta időállandónak ideális esetben néhány másodpercnek kell lennie. A körben folyó maximális áram a kisülés pillanatában indul meg, ennek értéke az ellenállás nagy értéke miatt kv-os nagyságrendű táplálás esetén néhányszor 10 μa. Rövid- és hosszútávú tervek Hosszú távú célkitűzésem egy olyan szimulációs modellt felépíteni, ami egy valóságos transzformátor tekercselésében végbemenő kisüléseket helyesen képez le. Ennek kiindulási alapja a dolgozatomban ismertetett kutatások folytatása. További munkám során egy valóságos transzformátort szeretnék megvizsgálni és UHF részkisülés vizsgálattal a részkisülés helyét detektálni. A kikapcsolt állapotban lévő transzformátor tekercselései között mesterségesen állítok elő részkisülést a VI. fejezetben ismertetett módszer segítségével. Ezt a részkisülést a transzformátor körül elhelyezett antennákkal az V. fejezet alapján szeretném detektálni és a helyét meghatározni. A módszer mivel a mesterséges részkisülés helye pontosan ismert lesz az antennarendszer kalibrálására is fel lehet használni és a későbbiekben üzemben lévő transzformátorokon alkalmazni. Valóságos mérési elrendezéseknél az antennákat a transzformátorház belsejében kell elhelyezni az olajcsapon, vagy külön erre a célra kialakított ablakokon keresztül. 5. ábra. A GTEM cella felépítése A GTEM cella alkalmas a belsejében elhelyezett elektronikus eszközök által kibocsátott elektromágneses sugárzások spektrumának mérésére egy a koaxiális kimenetére kötött spektrumanalizátor segítségével. Problémaként merült fel, hogy a GTEM cellában hogyan lehet az árnyékolás hatásfokának csökkentése nélkül részkisülést előállítani. A GTEM cellának az oldalán található egy jelvezeték bemeneteket tartalmazó panel, ennek kialakítása olyan, hogy a cella árnyékolása folyamatos marad. A részkisülés mesterséges előállításakor fontos szempont volt az is, hogy a kisüléskor az elektromágneses hullámok ne sugározzanak az áramkör vezetékezésén. A kisülés előállításához egy egyenfeszültségű (DC) tápforrást, egy ellenállást, egy kondenzátort és egy szikraközt használtam fel. 6. ábra. Részkisülés mesterséges előidézésére szolgáló áramkör 7. ábra. Valós körülményeket szimuláló mérési elrendezés Irodalomjegyzék [1] Csépes G.: Villamos főberendezések üzembiztonságának egyszerű és gazdaságos növelése a szigetelések állapotellenőrzésével, a diagnosztika sajátosságai és legújabb eredményei, Balatonfüred, [2] Luspay Ö.: Közép- és nagyfeszültségű hálózati berendezések diagnosztikai vizsgálata, Magyar Áramszolgáltatók Egyesülete, Budapest, [3] Guidelines for partial discharge detection using conventional (IEC 60270) and unconventional methods, Working Group D1.37, [4] S. Tenbohlen, D. Denissov, S. M. Hoek, S. M. Markalous: Partial Discharge Measurement in the Ultra High Frequency (UHF) Range [5] Császár M., Cservenyák T., Ónodi T., Orosz J., Rácz I., Ráski G.: Villamos szigeteléstechnika, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

35 K L E N E N Az elektromos hajtású személyautók elterjedése 1 Magyarországon Kovács Zsófia energetikai mérnök hallgató, zsofikovacs6@gmail.com Napjainkban a közlekedési szektor energiafogyasztásának és az ezzel járó környezeti terheléseknek a csökkentése alapvető társadalmi cél. Ugyan az utóbbi idők erőfeszítései már számottevő változásokat eredményeztek, Magyarországon még csak most kerül előtérbe a tartósan fenntartható mobilizáció témaköre. Gazdasági összehasonlítás céljából TCO számítást végzek, mely kalkulációval a hasznos élettartamra vetített költségek nagyságát és megoszlását elemzem. Saját modell segítségével bemutatom az elektromos meghajtású járművekre vonatkozó elterjedési potenciálokat. Vizsgálom a lehetséges elterjedést befolyásoló tényezőket, ennek hatásait és várható következményeit. * Nowadays one of the most important social issues is to decrease the energy consumption and the environmental load of the transport sector. Although the efforts of the past decades resulted in considerable changes, the topic of the sustainable mobility comes into prominence in Hungary now. With the purpose of economical comparison I make a TCO calculation in which I analyse the weight and the distribution of the total cost of ownership. Moreover with the help of my own model I demonstrate the spreading potential of the electric powered vehicles. 1 * * * Napjainkban az emberiség kétharmad arányban használ a Földön gyakorlatilag véges mennyiségben előforduló, a felhasználás üteméhez képest nagyságrendekkel lassabban megújulni képes fosszilis erőforrásokat energiaigénye kielégítésére. A fosszilis energiahordozók között továbbra is legjelentősebb a kőolaj, mely energetikai hasznosítását tekintve az elmúlt 40 évben bár hő- és villamosenergia-termelési tüzelőanyagként visszaszorult, továbbra is megtartotta domináns szerepét a közlekedésenergetika üzemanyagainak elsődleges alapanyagaként. A Földön megtalálható kőolaj mennyisége még ha a különböző, ember által számon tartott tartalék az új kutatások és a technológiai fejlődés eredményeképpen ideiglenesen bővülnek is véges. Ennek illetve további bel- és külpolitikai kérdéseknek köszönhetően egyre nagyobb teret nyernek az Európai Unióban és a világ minden részén a közlekedési szektor kőolajfüggőségének csökkentését szorgalmazó intézkedések. A fosszilis üzemanyagok által okozott kibocsátások 30%-ért a közlekedési ágazat felelős az Európai Unióban, így a közelmúltban elfogadott fenntarthatósági célok és emissziós határértékek betartása miatt olyan technológiákat kell támogatni, amelyek ezek elérését segítik elő [1]. Ezen két, előbb említett globális cél érdekében új fejlesztések, kutatások jelentek meg, melyek olyan más helyettesítő technológiákat tehetnek versenyképessé, mint az elektromos autózás. 1 A szerzőnek a KLENEN 17 konferencián (Gárdony, március 7-8.) elhangzott előadása ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám Módszertan Az elektromos járművek elterjedésének megbecsléséhez, illetve versenyképességének vizsgálatához fontos a különböző meghajtású járműtípusok összehasonlítása gazdasági, financiális szempontból. Ennek végrehajtásához Total Cost of Ownership (TCO) számítást alkalmaztam. A TCO kalkuláció előnye, hogy feltárja a vásárlással kapcsolatos közvetlenül és közvetetten fellépő költségeket. Ez különösen fontos, mert a vásárláskor fellépő beszerzési ár nem az egyetlen és gyakran nem is a legmeghatározóbb költség a vásárolt termék használata és élettartama során. Ennek köszönhetően manapság már egyre több tanulmányban találkozhatunk az általam is kiválasztott számítási módszer alkalmazásával. Mint minden számításnak és modellezésnek, úgy a TCO kalkulációnak is vannak korlátai. Többek között a TCO modellezés nem értékeli a vásárlással járó kockázatokat, amely azért lehet hátrányos, mert ezt a fajta számítást rövid távra nem szokták alkalmazni. Továbbá nem veszi figyelembe, hogy az adott termék mennyire elégíti ki a vásárló szükségleteit, mennyire felel meg a céljainak. Végül a későbbi évekre megbecsült vagy számított költségeket nem vetíti a jelenre, tehát a diszkontálás eljárását nem foglalja magában. Gazdasági összehasonlítás Egy személygépjármű hasznos élettartamra vetített költségeit a vásárláskor, egyszeri alkalommal felmerülő költségekre és a használat során fellépő költségekre oszthatjuk fel. A vásárláskor felmerülő költségek tartalmazzák az autó fix beszerzési árát, valamint a forgalomba helyezés költségeit. A használathoz kapcsolódó, illetve a használat során fellépő költségek a gépjárművel megtett távolsághoz való kapcsolatuk alapján változó és fix költségekre bonthatóak. Ezek közé soroljuk az üzemanyagköltségeket, biztosítási díjakat, szervizdíjakat, a műszaki vizsgáztatást és egyéb illetékeket [2]. A TCO kalkuláció során használt feltételek a következők voltak: Hasznos élettartam: 6 év Éves megtett kilométer: km Tulajdonos: Férfi, 30 éves, Budapesten élő, balesetmentes Számításaim során a következő költségeket vettem figyelembe: Gépjármű beszerzési költsége Itt a járművek bruttó listaárát vettem figyelembe regisztrációs adóval együtt és hasonló felszereltség mellett. Az elektromos autók vásárlása esetén a töltő kábel, illetve a házi töltő boksz szériafelszereltség, így ezek költségeit külön nem jelöltem. Forgalomba helyezéshez kapcsolódó kiadások Gépjármű vásárlása során több illetéket és hatósági díjat meg kell fizetnünk. A vagyonszerzési illetéket a jármű maximális teljesítményének és életkorának függvényében fizetjük, a vonatkozó évi XCIII. törvény alapján. További költségek a törzskönyv és forgalmi engedély illeték, a rendszámtábla hatósági díj és az érvényesítő címke díja. Utóbbi három tétel minden autótípusra nézve állandó, rendeletek, döntések szabályozzák értékét. 33

36 Kovács Zs.: Az elektromos hajtású személyautók elterjedése Magyarországon Üzemanyagköltség Valamennyi járműtípusnál a gyárilag megadott fogyasztási értékekkel számoltam. A villamos energia költségét a jelenlegi lakossági tarifával (35,33 Ft/kWh) vettem figyelembe. A benzin és dízel áránál a kalkuláció készítésekor az aktuális napi árat használtam (345 Ft/l, 351 Ft/l). A használati napok számát évente 365-nek vettem, napi 60 kilométeres megtett távval, amiből adódik a kilométeres éves futás. Feltételezett járművezetőm tehát a napi munkahelyi ingázás mellett jelentős mértékben használja gépjárműjét. Karbantartási költségek A karbantartási vagy szervizelési költségeket közvetlenül márkaszervizektől kaptam, számításom során a kötelező szervizelési távokat vettem figyelembe. Természetesen ezek az értékek még nőhetnek baleset vagy egyéb meghibásodás miatt, de számításomban ilyennel nem számoltam. Biztosítás Az egyes járművek biztosítási díjainak meghatározásához szükséges több jármű- és tulajdonos-specifikus tényező. Ilyen többek között a jármű típusa, teljesítménye, súlya és további jellemzők, valamint a vezető életkora, neme és lakhelye is számít a kötelező biztosítási díj kiszabásakor. Természetesen az összes járműtípus esetén ugyanazt, a korábban leírt profilt használtam. Közlekedéshez kapcsolódó kiadások Ide soroltam a dugódíj, a parkolási díj és az autópálya-matrica díját, melyeket már a feltételezéseim során bemutattam. További üzemeltetési költségek Az elektromos és hidrogén hajtású járműveket kivéve minden autó esetében évente kell fizetni teljesítményadót, melyet értelemszerűen a jármű teljesítménye és életkora alapján határoznak meg, a vonatkozó évi LXXXII. törvény alapján. A jármű működéséhez kapcsolódó további költség még a műszaki vizsgáztatás, melyet a forgalomba helyezés utáni negyedik évben kell először megfizetni, majd ezek után két évente kell megismételni. Ennek ára állandó minden autótípusra, az 5/1990. (IV. 12.) KöHÉM és a 77/2009 (XII. 15.) KHEM-IRM-KvVM rendeletek alapján. Ezen költségek figyelembe vételével elkészítettem a teljes körű számítást a hasznos élettartamra, melynek az összesített értékeit a 1. táblázat tartalmazza. Eredmények Az 1. táblázatban bemutatott értékeket a teljes tulajdonlási költséget a vizsgált autótípusok esetén - vizsgálva, jól látszódnak az egyes költségtípusok megoszlása. A TCO modell végeredményeiből az is látható, hogy a plug-in hibrid hajtású Toyota Prius hasznos élettartamra vetített költségei a legmagasabbak, számottevően meghaladják a többi végeredményt. Számításom szerint a legkevesebb költséggel járó autótípus a dízel üzemanyagot fogyasztó Nissan Pulsar a vizsgált 4 autótípus közül. 1. táblázat. Választott autótípusokra számolt TCO kalkuláció értékei (A táblázat értékei Ft-ban értendőek) Típus Üzemanyag Vételár Forgalomba helyezés költségei A részben vagy teljesen elektromos hajtású típusoknál az öszszes költség legnagyobb részét a vételár teszi ki, az élettartam során felmerülő további költségek jelentősen alacsonyabbak, míg a belsőégésű motorral hajtott autóknál körülbelül fele-fele arányban oszlanak meg a vásárláskor, illetve a használatkor felmerülő költségek. A jelentősen eltérő működési költségek okai egyrészt az üzemanyagköltségek, továbbá a karbantartási költségek. A karbantartási költségek tekintetében a legtöbb autógyártó még bizonytalan az elektromos autóknál, hiszen még nincsen sok évre visszamenő tapasztalat, azonban az egyszerűbb konstrukció miatt a szervizköltség alacsonyabb a hagyományos autókéhoz képest. Az eredményekből látszik, hogy az elektromos autó teljes élettartamra vetített költségeit vizsgálva már versenyképes lehet a hagyományos járművekkel szemben, azonban nem vagy csak bizonyos feltételek együttes fennállása esetében, adódik alacsonyabb összköltség a TCO kalkuláció végén. Saját modell az elterjedésre Az elektromos meghajtású autók elterjedése már nem vitatott a szakemberek körében, azonban ennek mértéke kérdéses és sok befolyásoló tényező függvénye. A témával foglalkozó szakemberek ebben látják a közlekedési szektor kőolajfüggőségének csökkentését, valamint az ágazat környezetre gyakorolt negatív hatásának a mérséklését. A rengeteg bizonytalan tényező ellenére bátorkodtam létrehozni egy Magyarországra érvényes elterjedési modellt, amely alapján a 2023-ban forgalomban lévő elektromos autók számát kívántam megbecsülni. A modell megalkotása során célom az volt, hogy minél alaposabb áttekintést nyújtsak azokról a szempontokról, amelyek az elektromos autózás hazai fejlődését szolgálják vagy gátolják. Sorra vettem az elterjedést befolyásoló társadalmi, gazdasági, politikai és környezeti tényezőket, melyek mindegyikéhez szorzótényezőket határoztam meg, attól függően, hogy az mennyire ösztönzi a potenciális vásárlót egy elektromos autó megvásárlására. Minél inkább ösztönző egy gazdasági vagy társadalmi tényező, annál magasabb a szorzó értéke, vagy ha az adott tényező csökkenti az elektromos autók iránti keresletet, úgy a szorzó értékét egynél kisebbnek választottam. A modell készítésekor a 2015-ös évben forgalomba helyezett elektromos autók számából 202 darab [3] indultam ki, így valamennyi szorzó referencia értéke a 2015-ös évre 1. Így a további évekre a 2015-ös évhez viszonyítva, meghatározott szorzók alapján minden évre megkaptam az adott évben eladott elektromos autók számát, ezeket összegezve pedig az állományt az adott évben. A következőkben bemutatom az általam vizsgált befolyásoló tényezőket, azok hatásait és várható befolyásuk mértékét. Az állam által nyújtott direkt és indirekt támogatások alapvető hatással vannak az elektromos személygépjárművek Működési költségek Összesen Nissan Pulsar benzin Nissan Pulsar dízel Nissan Leaf elektromos Toyota Prius plug in hibrid+benzin terjedésének ütemére. Feltételezésem alapján ezeknek van az egyik legpozitívabb hatásuk a vásárlást illetően, így a 2016-os évre ez az egyik tényező, amely a legmagasabb értéket kapta. Az állami támogatások alatt értem az ingyenes parkolás lehetőségét, az adócsökkentést, illetve, hogy a dugódíj nem vonatkozik az 34 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

37 Kovács Zs.: Az elektromos hajtású személyautók elterjedése Magyarországon elektromos autókra. Továbbá az állam pénzügyi támogatást nyújt az elektromos autók beszerzésénél is. Feltételezéseim alapján ezek a támogatások 2023-ig fokozatosan csökkeni fognak, 2021-től már nem lesz jelentős hatásuk ezeknek. Az emberekben jelen van a range anxiety félelem mely szerint a fogyasztókat visszatartja az elektromos autók vásárlásától az az aggodalom, hogy a jármű hatótávolsága korlátot jelenthet az utazási szokásaikban, a kis hatótávolság, illetve a jelenleg még nem teljes mértékben kiépült töltőállomás infrastruktúra miatt. Ennek a bővülése a következő években várható, mely szintén pozitívan fogja befolyásolni a potenciális vásárlókat az elektromos autók vásárlásakor. Norvég példából kiindulva rendkívül pozitív hatás érhető el az elektromos autókhoz kapcsolódó tapasztalatokkal, kísérleti projektekkel, melyek során a vezető első kézből tapasztalja meg egy elektromos meghajtású jármű vezetését a járműkereskedések közreműködésével. Hasonló eredmény érhető el, az ún. szomszéd effekt -tel, amikor az elégedett elektromos autóvezetők inspirálnak másokat is hasonló jármű vásárlására. Várhatóan ez a hatás is lecseng néhány év múlva, azonban jelentősen befolyásolhatja az eladott elektromos autók számát [4]. Az elektromos autók vásárlásának irányába orientálhatja a potenciális vásárlókat a benzin és a gázolaj árának növekedése is. Habár ez a tényező nem olyan jelentős, mégis kis mértékben képes befolyásolni az elterjedést. A jövőben várható az elektromos autók vételárának a csökkenése is, mely szintén befolyásolja az elektromos autók terjedésének sebességét. Ez az optimum a fejlődő technológia és a fajlagos akkumulátor költségek csökkenése miatt körül várható. További ösztönző tényező a természeti környezet óvása, a légszennyezés és a globális felmelegedés elleni küzdelemmel kapcsolatos változások. Modellemben ennek a szorzónak az értéke nagyon közel van az 1-hez, ugyanis Magyarországon nem jelentős az állampolgárok környezetvédelemhez kapcsolódó tevékenységei. Feltételezésem alapján ez a hatás növekvő tendenciát fog mutatni, azonban nem olyan jelentős mértékben. A modellemben szerepelnek olyan tényezők is, amelyek negatív irányba befolyásolják az elektromos meghajtású autók elterjedését. Ezek közül jelenleg is érezhető probléma a jogszabályozási rendszer kiforratlansága, amely idővel várhatóan javulni fog. További probléma lehet még az elektromos autók szűk kínálata, amelynek mérete 2023-ig sem fogja megközelíteni a belsőégésű motorokkal hajtott gépjárművek kínálatának méretét Végül két olyan befolyásoló tényezőt is vizsgáltam a modellemben, melyek ma még nem érezhetők, de feltételezéseim alapján a jövőben befolyásoló hatásuk jelentős lehet. A villamos energia árának növekedésével, esetleg jövedéki adó bevezetésével várható a köztéri töltési díjak megjelenése is. Erre feltételezésem alapján 2018-ban fog sor kerülni, mely negatívan befolyásolhatja az elektromos autók iránti keresletet. Ezen feltételezések alapján meghatározott szorzó tényezőkből kialakult elterjedési modellt a 1. ábra mutatja be. A diagram alapján 2023-ban feltételezett elektromos autók száma körülbelül darab. Az eredmény hasonló az e-mobilitással foglalkozó vállalatok által készített tanulmányok eredményeivel, így reálisnak mondható. Összefoglalás A hazai járműpark vagy egy részének villamosítása kétségtelenül egy hosszú távú ambíció, hiszen jelenleg az elektromos autók piaci részesedése az 1%-ot sem éri el Magyarországon, részben a kezdeti magas költségek, illetve a vélt és valós hatótáv korlátok miatt. Ugyanakkor már jelentős előrelépések történtek a piacon, amelyek viszonylag pozitív kilátásokra utalnak. Jelentős piaci penetráció kibontakozása fokozatos lesz a következő években, hiszen a közlekedés elektrifikációjának kihívásai komplexek, melyekhez átfogó és összetett erőfeszítések szükségesek az érintett felek között. Az elektromos autók piacának növekedése során folyamatosan vizsgálni kell a fejlődést, a további lehetséges fejlesztési irányokat, annak érdekében, hogy közelebb hozzuk az emberiséget a fenntartható közlekedés eléréséhez. Irodalom [1] International Energy Agency: Key World Energy Statistics. International Energy Agency Secretariat, Párizs, [2] JENS HAGMAN ET AL.: Total Cost Of Ownership and its Potential Implications for Battery Electric Vehicle Diffusion. KTH the Royal Institut Of Technology, Svédország, [3] ELMŰ ELMU.HU [4] Petter Haugneland, Hans Havard Kvisle (2013): Norwegian Electric Car User Experiences. Barcelona, Spain Elektromos autó töltőállomások Magyarországon Forgalomban lévő elektromos autók [db] ábra. Az elektromos személyautók várható elterjedési Magyarországon saját modell alapján Az OpenChargeMap.org egy nyílt elektromos autó töltő adatbázis, amit az autósok közössége szerkeszt világszerte. Az adatbázisba bárki felveheti, ha új töltőt talál, és javíthatja a hibákat, ha belefut egy ilyenbe. Esetleges hibái és pontatlanságai ellenére legjobb tudomásunk szerint a ChargeMap.com mellett ez a legpontosabb elektromos autó töltő adatbázis Magyarországon. Bár a villanyautós közösség mindent megtesz, hogy a töltőpontok állapotát naprakészen tartsa, hibák és pontatlanságok, illetve a töltőhálózatban meghibásodások előfordulhatnak. Ezekért felelősséget nem tudunk vállalni. Forrás: ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 35

38 K L E N E N Megújuló energiák integrációs lehetőségeinek vizsgálata 1 a Pannon Egyetemen Göllei Attila okl. villamosmérnök, gollei.attila@virt.uni-pannon.hu Görbe Péter Szücs Veronika Fodor Attila gorbe.peter@virt.uni-pannon.hu szucs@virt.uni-pannon.hu foa@almos.uni-pannon.hu Napjainkban egyre jobban terjednek a megújuló energiaforrások a hazai háztartási méretű kiserőművek szintjén is. A sziget üzemű és a hálózatra csatlakoztatott erőműveket lehetőség van együtt üzemeltetni különböző energiatároló rendszerekkel, mint például elektromos autók akkumulátorai, hogy csökkentsük a fotovoltaikus- és szélerőművek sztohasztikus termeléséből adódó problémákat. Ezekkel egy időben rohamosan terjednek az egyszerű és olcsó kapcsolóűzemű tápmegoldások, melyek egyre komolyabb nemlineáris torzítást hoznak létre az elosztó hálózaton. Manapság már jól mérhető nagyságú káros hatásokat tapasztalhatunk az energiaminőség területén, ami kimutatható a feszültség és áramjeleken a frekvencia és időtartománybeli vizsgálat során. A tanszékünkön megkezdtük ennek a témának az átfogó vizsgálatát, és fel tudjuk vázolni a közeljövőben várható nemkívánatos energia minőség csökkenés hatásait. Várhatóan növekedni a veszteség a villamos elosztó hálózaton, és növekedni fog az áramtermelés környezeti lábnyoma is. Ezen felül várhatóan megnövekszik a villamos elosztó hálózat meghibásodásának gyakorisága is. Ezen meggondolásokból javasoljuk a DC feszültségű helyi hálózatok elterjesztését és a megújuló forrásokból származó energia betáplálásával egyidőben aktív felharmonikus kompenzáció alkalmazását is. * The using of renewable energy sources is spreading in domestic size applications too. The island mode and grid connected distributed generation can be combined with energy storage devices, for example batteries of electrical vehicles, to reduce the stochastic behavior of generally exploited energy of photovoltaic and wind turbine applications. At the same time the spreading of simple design cheap power supplies causing more and more serious nonlinear distortion in the distribution grid. Nowadays we can measure disadvantageous effects in power quality, investigating the voltage and current in the time and frequency domain. In our Department we have started detailed investigation of this scope, and adumbrate undesirable power quality reduction in the near future. It will cause the rising of the power loss of the energy transportation system and it s carbon footprint and can cause more malfunction in the distribution system. We suggest DC microgrid systems and active compensation from renewable sources to avoid these expected effects. 1 * * * üzemű elődjeit és nélkülük elképzelhetetlen lenne pl. egy asztali PC számítógépet a mostani befoglaló méreteiben megépíteni. A kedvezőbb hatásfok azonban hátrányokkal is jár. Ezek az új típusú tápegységek a hálózatból nem szinuszos áramot vesznek fel, így jelentősen növelik a hálózati feszültségen megjelenő nemlineáris torzítás mértékét. Kutatásaink során tapasztalatot szereztünk a nemlineáris kapcsoló üzemű tápegységek és inverterek miatt a hálózatban jelentkező nemlineáris torzítással kapcsolatban. A torzítások csökkentése érdekében szimulációs módszereket és hatékony szabályozási módszert dolgoztunk ki, amely alkalmazásával felharmonikus áramkomponensek hálózatba történő injektálásával jelentősen képesek voltunk csökkenti a felharmonikus torzítást a jelenlegi mértékhez képest. Az általunk kifejlesztett módszernek az alkalmazásával nem csak a betáplálási pontban és a betáplálási pont körzetében elhelyezkedő fogyasztók számára tudjuk csökkenteni a hálózatban fellépő harmonikus torzítást, és ezzel javítani a hálózat minőségét, hanem a hálózat más pontjain is sikerült ezzel csökkentenünk a nemlineáris torzítást. Ezzel a teljes hálózaton javult az áram minőség, és csökkent a vezetékeken és a transzformátorokon hővé alakuló villamos veszteségi teljesítmény. A nemlineáris torzítás Nemlineáris (harmonikus) torzítás akkor keletkezik, ha jelalak eltér az eredeti jelalaktól. Szinuszos jelek esetén ez azt jelenti, hogy a csak alapharmonikust tartalmazó, esetünkben 50Hz-es szinuszos jel mellett megjelennek magasabb frekvenciájú, az alapharmonikus frekvenciájának egész számú többszöröseinek megfelelő de kisebb amplitúdójú jelek. Matematikailag ez azt jelenti, hogy minden periodikus jel (így a torzított szinuszjel is) elő állítható egy alapharmonikusból és a felharmonikusok összegéből, ahol az egyes harmonikusok frekvenciája az alapharmonikus frekvenciájának egész számú többszöröse (kétszerese, háromszorosa stb.), amplitúdójuk és fázisszögük pedig harmonikusonként változó. [1] A korszerű műszaki, informatikai és háztartási berendezések döntő többsége az energiatakarékossági szempontok figyelembevételével nemlineáris kapcsoló üzemű tápegységek segítségével állítja elő az egyenáramú tápellátását. Ez, az utóbbi időben egyre terjedő tápegységtípus hatásfok tekintetében valóban felülmúlja analóg 1 A szerzőknek a KLENEN 17 konferencián (Gárdony, március 7-8.) elhangzott előadása 1. ábra 36 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

39 Göller A., Görbe P., Szücs V., Fodor A.: Megújuló energiák integrációs lehetőségeinek vizsgálata a Pannon Egyetemen Az 1. ábrán látható a kétutas egyenirányítás után, a kapacitív terhelés hatására a hálózatban kialakult jellegzetes torzított jelalak. A nemlineáris torzítás hatásai: Hőmérséklet emelkedés a fázisvezetőben Hőmérséklet emelkedés a nullvezetőben Skin hatás Védelmi berendezések nemkívánatos működése Rezonancia a kompenzáló kapacitásokkal Transzformátorok túlterhelése (hiszterézisveszteség, áram hurok) Nemlineáris torzítás mérési eredményei A kutatások során számos kapcsolóüzemű tápegységgel üzemeltethető asztali és hordozható számítógép hálózati paramétereinek a mérése történt meg. A mérések során a számítógépek esetében a vizsgálat magában foglalta a számítógépek és lapotopok különböző teljesítmény értékeken történő vizsgálatát is. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy a mérések során olyan szabályzott, skálázható terhelésnek lettek kitéve az eszközök, amik a napi rutinhasználat során hosszú időtartamra vonatkozóan megjelennek, illetve olyan extrém terhelés paraméterek kerültek beállításra, amelyek ugyan rövid ideig, de gyakran előfordulnak az eszközök használata során. Ez a terhelés egy saját fejlesztésű szoftver segítségével valósult meg, amely tartalmaz egy adatnaplózó modult is. Ennek a naplózó modulnak a segítségével a terhelés paraméterekhez egyértelműen beazonosíthatóak a hálózaton mért teljesítmény adatok ( feszültség és áram minőségre jellemző paraméterek). A következő, 2. ábra szemléltetésként egy HP notebook ITHD értékei láthatóak. ITHD 185,18% 159,37% 137,12% 133,99% 135,95% 136,05% 135,18% 135,75% 136,94% 135,52% 134,56% 134,91% 135,20% 137,55% 138,79% 2. ábra. Notebook hálózati paraméter mérés ITHD eredménye A mérések alapján a laptopok és asztali számítógépek THD értékeiben nem mutatkozik szignifikáns különbség a terhelés hatására. A mért adatok olyan jelenségekre mutattak rá, amelyek egyértelműen alátámasztják azt, hogy a THD megjelenésével, a hálózatra gyakorolt hatásaival foglalkozni kell, nem lehet figyelmen kívül hagyni, mert az előző fejezetbe felsorolt negatív fizikai hatások azt is jelentik, hogy ennek gazdasági jelentősége is van (többletfogyasztás, teljesítmény veszteség stb.). Nemlineáris torzítás csökkentésének lehetőségei Kézenfekvő megoldásként kínálkozik a nemlineáris fogyasztók számának jelentős csökkentése és ezzel a hálózat linearizálása, ami jelenlegi, elsősorban energiahatékonyságra optimalizált világban nem járható út. Egyrészt a terjedő kapcsolóüzemű tápegységek miatt, másrészt a szintén rohamosan szaporodó LED-es fényforrásoknak, melyek szintén egyenáramú tápellátást igényelnek. A már torzított hálózati jellemzők javításának és a nemlineáris torzítás csökkentésének egyik legelterjedtebb lehetősége a harmonikus szabályozás (Harmonic Control, HC). A torzítás csökkentő megoldásban digitális jelfeldolgozó egységek (Digital Signal Processor, DSP) áramszabályozási technikáival (3. ábra) és aktív szűrők (Active Power Filter, APF) segítségével kompenzálnak ismert, mérhető áramú nemlineáris (Non Linear, NL) fogyasztókat. Az eljárás további előnye, hogy a torzítás csökkentő hatás a hálózat betáplálási oldal részeire is hatással van, tehát nem csak a fogyasztón csökkenti a torzítást, hanem a hálózaton is. Ez az eljárás tovább fejleszthető, ha a háromfázisú inverter nem csak a torzítást csökkenti és a torzult jelalak kompenzálása céljából vesz fel és ad le teljesítményt, hanem egyben betáplálási funkciót is végez. Ebből a célból a torzított jelalak kompenzálására szolgáló jelhez hozzá kell adni a betáplálandó, a hálózati jellel azonos frekvenciájú és fázishelyzetű szinuszos jelet. Ez lesz a betáplált energia hálózatba. Amennyiben ez a betáplált energia megújuló forrásból származik (fotovoltaikus, víz vagy szél) két dolgot is végezhet egy időben az inverterünk. Egyrészt betáplál energiát a hálózatba, másrészt ezt úgy teszi, hogy közben jelentősen csökkenti a hálózati feszültség torzítását. 3. ábra A villamos aszimmetria problémája A háromfázisú hálózatok működése esetén esetlegesen felléphet a háromfázisú villamos teherelosztó hálózat aszimmetrikus terhelése is. Az aszimmetrikus terhelés hatására a hálózat működését jellemző feszültség és áram fazorok aszimmetrikussá válnak. Ez is az áram minőség romlásához, és ennek hatására bizonyos minőségi szint alá eséskor akár a hálózati (transzformátor) védelmi rendszereinek leoldásához és ezzel áramkimaradáshoz vezethet. Ez a villamos energia ellátás biztonságának csökkenését okozhatja, ezzel ellátási zavarokat, termelés kiesést, meghibásodásokat idézhet elő. Az aszimmetria a torzításhoz hasonlóan a hálózaton tapasztalható villamos veszteségek növekedését is okozza, ami költség növekedést okoz, valamint a villamos veszteség radikális emelkedése akár villamos tűzet okozhat, amely jelentős baleseti kockázati tényező. Az aszimmetria számszerű is jellemezhető, jellemzésére különböző normákat alkalmaznak a gyakorlatban, ahol V xn az adott fázis feszültsége V xy pedig a két fázis közötti vonali feszültség. (1. egyenlet) ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 37

40 Göller A., Görbe P., Szücs V., Fodor A.: Megújuló energiák integrációs lehetőségeinek vizsgálata a Pannon Egyetemen V 936 max{van, Vbn, Vcn} min{van, V = mean{ V, V, V } an bn cn bn, Vcn} x100 max_deviation_ from_ mean_ of{ Van,V MDV = mean{ V,V,V } negative_ sequence_ voltage TDV = positive _ sequence _ voltage ab bc ca x100 bn,vcn} x100 szimmetriát megvalósítani minden időpontban lehetetlen. A szimmetria, mint paraméter az időben sztochasztikusan változik. [2] Későbbi kutatásainkban tervezzük ilyen jellegű szimmetria csökkentésére, sztochasztikus változó terhelések esetére is, alkalmazható berendezés fejlesztését. Jelenleg már szimulációs eredményekkel értünk el sikeres aszimmetria csökkentést, de a valódi berendezés megépítésénél még jelenleg nem megoldott konstrukciós problémáink vannak. 1. egyenlet. Aszimmetria normák Ezen normák nem képesek az amplitúdóban és fázisban fellépő együttes aszimmetriát jellemezni, ezért a hatékonyabb jellemzéshez és a mért aszimmetria hatékonyabb norma alapú szabályozásához új geometriai alapú normát dolgoztunk ki (2. egyenlet, 4. ábra) G = Area_ of ( ideal real ideal real 2. egyenlet. Kidolgozott geometriai norma ) 5. ábra. Aktív aszimmetria kompenzálás MATLAB modell részlete Decentralizált energiatermelés A megújuló energiaforrások hálózati integrációjával folyamatosan emelkedik a háztartási méretű kiserőművek (HMKE) száma hazánkban is, ezek az erőművek hazánkban és külföldön is jellemzően kisméretű naperőművek. A hálózat üzemeltetése során ez a decentralizáció komoly problémát okozhat, amely kettő dologra vezethető vissza. Az egyik, a földrajzi pozícióból eredő termelési különbség, például egy naperőmű esetében a kisebb beesési szög esetében, kevesebb energia nyerhető ki. A másik tervezéskor kezelendő probléma, hogy a hálózat különböző pontjain eltérő időjárási viszonyok lehetnek (felhőzet, köd, csapadék, szálló por, szél). Ezek miatt a körülmények miatt a megújuló energiaforrások termelésének az előrejelzése rendkívül bonyolult feladat. A földrajzi elhelyezkedés merőben meghatározza a termelhető energia mennyiségét mind a naperőmű, mind a szélerőmű esetében. Naperőmű tekintetében a globálsugárzás értékének egyenetlen eloszlása jól látható a következő ábrán: 4. ábra. Aktív geometriai norma az aszimmetria hatékonyabb jellemzésére Villamos aszimmetria csökkentése Az aszimmetria csökkentésének legkézenfekvőbb megoldása, ha a berendezések csatlakozási pontjainak megváltozatásával egy esetlegesen kialakult aszimmetria állapotot egyszerűen megszüntetünk vagy jelentősen csökkentünk. Bár a villamos hálózati rendszerekben a terheléseket eleve szimmetrikusan próbálják elhelyezni a fázisok között, a fogyasztók be-ki kapcsolásával ez a szimmetria sohasem tartható fenn huzamosabb ideig. Pontosabban, semmi sem garantálja, hogy a fogyasztók elrendezésben lévő berendezések típus és terhelhetőség szempontjából homogén eloszlásban helyezkednek el. Ennek az az oka, hogy egyidőben több különböző típusú fogyasztó van bekapcsolva a hálózaton, amire a rendszerirányítónak semmilyen ráhatása sincs. Gyakorlatilag véletlen elrendezésben találhatóak a különböző terhelések és bekapcsolási kombinációjuk szinte végtelen. Ezt tovább bonyolítja, hogy a különböző terhelések eltérő ideig vannak a hálózaton bekapcsolva és vannak különböző időszakokban jellemzően használt fogyasztók (pl. világítótestek tipikusan esti órákban). Emiatt a tökéletes villamos terhelés oldali 6. ábra. A globális sugárzás (MJ/m 2 ) éves összege között [3] A megújuló energiaforrásból (Renewable Energy Sources RES) eredő elosztott energiatermelést (Distributed Generation DG)) megvalósító erőművek (DG/RES) hálózatba való optimális integrációja még nem megoldott. Ezt energiapiaci eszközökkel és elosztott rendszeroperátorok (Distribution System Operators -DSOs) segítségével próbálják megoldani az energiakereskedők és a szolgáltatók. 38 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

41 Göller A., Görbe P., Szücs V., Fodor A.: Megújuló energiák integrációs lehetőségeinek vizsgálata a Pannon Egyetemen Megoldásként jelenhet meg a villamos energia eltárolása is, amelyet akkumulátorok segítségével lehet megoldani vagy akár villamos energia hőenergiává való átalakításával. Kézenfekvő megoldás lehet szintén egy DC grid vagy mikrogrid rendszer kialakítása is. DC Mikrogrid kialakítása Ha egy kis méretű erőművet is használó épület esetében vizsgáljuk a villamos energia felhasználását, akkor megállapíthatjuk, hogy a legtöbb berendezést működtető elektronika nem közvetlenül a hálózati szinuszos feszültségről üzemel, hanem azt egyenfeszültséggé alakítja vagy egy külső DC tápegységről üzemel. Az ilyen esetekben például a napelemek kimenetén előállított DC feszültséget egy inverter segítségével betápláljuk a villamos hálózatba, majd néhány méterrel a betáplálási pont mellett a villamos berendezések többsége átalakítja egyenfeszültséggé. Az alapötlete a DC mikrogrid hálózatnak az, hogy megtakaríthatnánk a villamos hálózatra való betáplálás veszteségeit és sok a betáplálás körül keletkezett probléma megszűnne. Sajnos ebben az esetben extra költségként jelenne meg a kábelezési költség és lennének veszteségek még a DC grid feszültségének a szabályozásával kapcsolatban. Viszont ezzel a módszerrel egyszerűsödhetnének a hálózati berendezések és sok berendezésben a tápegység is egyszerűsödne és növekedhetne azok hatásfoka is. A DC sínre akkumulátor töltőket és azokra akkumulátorokat kapcsolva a szünetmentes áramellátás is sokkal egyszerűbben és nagyobb hatásfokkal megvalósítható, mint a jelenlegi UPS architektúrákban, mert a kettő átalakító helyett (AC/DC és DC/AC) csupán egy DC/DC konverterre lenne szükség. Ha ezt a megoldást szeretnénk alkalmazni számítógépek és a szerverek esetében, akkor csak annyit kellene tenni, hogy a tápegységeket ki kell cserélni egy DC/DC tápegységre. Mivel az átalakításnál minden esetben van veszteség, ezért egy átalakítás kihagyásával energia spórolható meg és növekszik a rendszer hatásfoka. Ez a hatásfok növekedés fontos abban az esetben ha akkumulátorról üzemel a rendszer, mert jobb hatások esetében növekszik az áthidalási idő. DC grid technológiát már elkezdték ipari alkalmazásoknál is használni a váltakozó feszültségű hálózatokkal párhuzamosan, ezeknél a rendszereknél az AC hálózatról táplálják meg a megújulókkal párhuzamosan a DC grid-et azokban az esetekben ha a fogyasztási igény nagyobb, mint a megújulókkal megtermelt villamos energia. [4] A DC mikrogrid alkalmazásával az energiatermelés és a fogyasztók villamos energia ellátása zavartalan lenne a külső hálózati kimaradás esetében is, ekkor viszont a váltakozó hálózatra való betáplálást le kell tiltani és gondoskodni kell az energiamérleg fenntartásáról. További előnyt jelent, hogy kis energia felvételű fogyasztók nem szennyeznék a felharmonikus áramfelvételükkel a váltakozó feszültségű hálózatot, mert azok a DC grid-ről lennének üzemeltethetőek. Összefoglalás A felvázolt problémák vizsgálata és a kutatásaink során számos tapasztalatot szereztünk a kisfeszültségű transzformátor körzetek egyfázisú villamos fogyasztóinak viselkedésével kapcsolatban. A torzítások csökkentése a hálózat működése és minősége szempontjából nagyon fontos, ezért egy olyan hatékony szabályozási módszert, lehetőség dolgoztunk ki, amely alkalmazásával felharmonikus áramkomponensek hálózatba történő injektálásával jelentősen csökkenthető a felharmonikus torzítás a jelenlegi mértékhez képest. Az általunk kifejlesztett módszernek az alkalmazásával javítható a hálózat minősége a betáplálási ponton kívül a hálózat más pontjain is. Másik megoldásként javasoljuk egy egyen feszültségű mikrogrid hálózat kialakítását, ahol a vizsgált problémák fel sem merülnek. Ezzel a jövőben jelentősen csökkenthető a hálózati elemek villamos vesztesége és a felmerülő üzemzavarok előfordulásának valószínűsége. Köszönetnyilvánítás A publikációhoz tartozó kutatások elvégzését és a publikáció elkészítését a NKFIH (OTKA) SNN Elektrokémiai rendszerek hőmérsékletfüggésének vizsgálata mérések alapján című pályázat támogatta. A támogatásért köszönetünket fejezzük ki. Hivatkozások [1] Pannon Egyetem VKSZ_ Áram minőség javítás lehetőségeinek vizsgálata [2] Szabó Gyula, Hruby Dániel István: Kapcsoló üzemű tápegységek harmonikus torzításának vizsgálata TDK dolgozat, Pannon Egyetem, Műszaki Informatikai Kar, Villamosmérnöki és Információs rendszerek Tanszék. [3] Országos Meteorológiai Szolgálat (OMSZ): Globális sugárzás összege ( eghajlata/altalanos_eghajlati_jellemzes/sugarzas) [4] Naoki Ayai, Toshiya Hisada, Toshikazu Shibata, Hidekazu Miyoshi, Takashi Iwasaki, Ken-ichi Kitayama: DC Micro Grid System, Electric Wire and Cable, Energy, 2014, pp Új bányászati koncessziós szerződések a hazai ásványvagyon hasznosítására A fejlesztési tárca 2016 júniusában közzétett bányászati felhívásán nyertes mindkét pályázó, a MOL Magyar Olaj- és Gázipari Nyrt. és a PannErgy Geotermikus Erőművek Zrt. is aláírta a koncessziós szerződést. A MOL Magyar Olaj- és Gázipari Nyrt. hat újabb területen (Bázakeretttye, Bucsa, Jászárokszállás, Mezőtúr, Okány-nyugat és Zalanyugat) kezdheti el a szénhidrogén-kutatást, míg a PannErgy Geotermikus Erőművek Zrt. Győr területén foghat geotermikus energia kutatásába. A nemzeti fejlesztési miniszter 2016 decemberében döntött a már negyedik alkalommal meghirdetett bányászati koncessziók megadásáról, a minősítő bizottság értékelése és javaslata alapján. A korábbi bányászati koncessziós tenderek nyerteseként a MOL Magyar Olaj- és Gázipari Nyrt. (Szegedi-medence nyugat, Okány-kelet, Battonya-Pusztaföldvár észak, Dány) négy szénhidrogén kutatási területen rendelkezik már koncessziós szerződéssel, így a társaság hazai kutatási területeinek száma az új koncessziókkal tízre emelkedett. Az idei geotermikus pályázat nyertesének, a PannErgy Geotermikus Erőművek Zrt.-nek a mostani az első hazai koncessziós kutatási területe. Az eddigi négy tenderben megjelent 34 bányászati koncessziós pályázati felhívásra 42 pályázat érkezett, amelynek eredményeként a minisztérium 24 szerződést kötött a nyertes pályázókkal. A MOL mellett szénhidrogénes koncesszióval rendelkezik az O&GD Central Kft. (Nádudvar, Újléta, Berettyóújfalu, Mogyoród, Nagykáta, Ócsa), a Vermilion Exploration B.V. (Battonya-Pusztaföldvár dél, Ebes), a HHE Group Kft. (Nagylengyel-nyugat, Lakócsa) és a kanadai Bankers Petroleum többségi tulajdonában álló Panbridge Hungary Zrt. (Püspökladány). 1-1 geotermikus koncesszió keretében végezhet kutatást hazánkban a korábbi évek nyerteseként a MOL leányvállalata, a CEGE Közép-Európai Geotermikus Energia Termelő Zrt. (Jászberény) és az EU-FIRE EGS Hungary Kft. (Battonya). Az első három pályázati kör nyomán befizetett nettó koncessziós díjak összesen 6,37 milliárd forint állami bevételt hoztak, a negyedik esetében a megkötött koncessziós szerződésekből további nettó 2,25 milliárd forint várható. A geotermikus koncesszió a szerződés hatályba lépésétől számított 35 évre, a szénhidrogén koncesszió 20 évre szól. Időtartamuk egy alkalommal, újabb pályázat kiírása nélkül, az eredeti koncessziós időtartam felével meghosszabbítható. A Nemzeti Fejlesztési Minisztérium a befektetői érdeklődéssel összhangban 2017 első felében újabb bányászati koncessziók meghirdetését tervezi. (Nemzeti Fejlesztési Minisztérium; Kommunikációs Főosztály) ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 39

42 K L E N E N 1 Az épületek energiahatékonyságának fejlődése Molnár Szabolcs főmérnök, szabolcs.molnar@poyry.com A mai modern civilizált világban elképzelhetetlen az élet energia felhasználás nélkül. Hatalmas mennyiségű és megfelelő minőségű energiára van szükségünk, felhasználása mindennapi életünk részévé vált. Az épületeink esetében is egyre több szó esik környezettudatossági szempontok előtérbe helyezéséről. A fenntartható fejlődés biztosításához szükséges az épületeink energiafelhasználásnak racionalizálása. 1 * Nowadays in the modern civilized world the life is inconceivable without energy. Huge quantity and quality of energy is needed, and to use the energy has become a part of everyday life. The environmental awareness is come in to view in case of the buildings as well. For the sustainable development, the rationalization of energy consumption of the buildings is needed to ensure. * * * Az épületek energiafelhasználása Az energia az életünk szerves része. Napjainkban az épületek energiafelhasználása nemcsak hazánkban, de a világ számos országában is nagyon magas. Mind a világgazdaságra, mind a globális klímaváltozásra gyakorolt hatása is kiemelkedően fontos. Az ipari forradalom óta melyet energetikusként energetikai forradalomnak titulálok az energiatermelés és annak felhasználása jelentősen megváltozott. Igény jelentkezett a megtermelt energiára, melynek felhasználása robbanásszerűen megnőtt és növekedése folyamatos. A történelem idővonalán előre haladva az energia előállításával szembeni követelmények is változtak és változás folyamatosan tart. Az energiatermeléssel kapcsolatban egyre növekvő elvárás volt a minél nagyobb hatásfokú előállítás. A XX. század jelentős változásokat hozott az emberiség történetében. A válságok, háborúk és politikai események jelentős hatással voltak az energetikára is. A hetvenes évek elején kialakult olajválság óta szemléletünk energiaközpontúvá vált. A káros szennyezőanyag-kibocsátás radikális csökkentését elsődlegesen környezetvédelmi szempontok indokolják. Másodlagosan szükség van felelős gondolkodásra is. Az energetikai szakembereknek feltétlen biztosítaniuk kell a fenntartható fejlődést szakterületük minden szegletében: az ökológiai lábnyom mérséklését, a környezetet kevésbé terhelő megoldások tervezését, a gazdaságosan fenntartható épületekre való igényt, mind szem előtt kell tartsák. Az 1-es ábrán egy átlagos Magyar lakás energiafelhasználásának megoszlása látható. Az ábra jól szemlélteti, hogy az épületek fűtésére szánt energia mérséklésének szükségessége kiemelt fontossággal bír, de az egyéb energiatakarékossági törekvéseknek is teret kell biztosítsunk az energetikai tervezés során. A történelmi épületenergetika Az építőipar folyamatos fejlődésen ment és megy keresztül. Új építőanyagok jelennek meg, új építési módok honosodnak meg. Az energiahordozók árai az elmúlt időszakban jelentősen emelkedtek, mely az ésszerű energiagazdálkodást előtérbe helyezte. Mindezek egyre inkább szükségessé teszik az épületek és az épített környezet épületfizikai tervezését, méretezését. Ismernünk kell a lakótereink energetikai működését, ellenőriznünk és osztályoznunk kell a komfortigényeinket kielégítő berendezéseink hatásosságát. A hagyományos építészeti eljárásoknál kézműipari technológiával készültek a lakások. Ekkor az épületek energetikai tervezését a mesterek tapasztalatai kielégítették. Ezek egyrészt az alacsonyabb komfortigényeink miatt voltak elegendőek, részben az épületszerkezetek egyszerűsége miatt. Az új összetett szerkezetek nemcsak pontosabb kivitelezést, hanem gondosabb energetikai, épületfizikai tervezést is megkövetelnek. A régmúltban a népi és hagyományos építészetre jellemző volt, hogy gyakorlatilag minden esetben a földrajzi fekvésnek megfelelő tájjelleget tükrözte. Helyi, természetes anyagokat használtak a kivitelezések során. 1. ábra. Magyarország háztartásainak átlagos energiafelhasználása [1] 1 A szerzőnek a KLENEN 17 konferencián (Gárdony, március 7-8.) elhangzott előadása ábra. A speyer-i Kaisersdom (építés kezdete: 1025) és a San Miniato al Monte bazilika Firenzében (építés: 1013) [2] ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

43 Molnár Sz.: Az épületek energiahatékonyságának fejlődése Az épített környezetünk létesítményei minden esetben szoros összhangban kell legyenek a geográfiai elhelyezkedésükkel. Erre egy kiváló példát láthatunk a 2. ábrán. Két jellegzetes román építészeti stílus szerint épült remekmű metszetét láthatjuk a fenti képen. Hozzávetőleg az építésük egy időben volt, és a kialakításuk nagyon jól tükrözi a külső hatások elleni védelmet. Míg a németországi Speyer városában található dóm, sokkal meredekebb kialakítású tetőszerkezettel rendelkezik, addig a délebbre található társa laposabb dőlésszögű tető kialakítást kapott. Ennek első sorban a hó terheléséből adódó hatások védelme a célja. Míg Németországban a Rajna vidékén nagyobb mennyiségű hó ellen kell védeni az épület tetőszerkezetét, addig a toszkánai vidéken az éves hó mennyisége sokkal kevesebb. A meredekebb dőlésszögű tetőkialakítás azt a célt szolgálja, hogy a tetőzetre hulló hó kisebb terhelést okozzon az épített szerkezetnek. A modern építészetre jellemző volt (a XX. század közepétől), hogy a létesített épületek nagy mennyiségű vasbetont, acélt és üveg anyagot használtak fel. Jellemző volt rájuk a nagy üvegezett felületek kialakítása, a kiforratlan épületszerkezetek és gépészeti technológiák. A komfort követelmények nem jelentek meg még az épületeknél, azonban a létesítmények hely és éghajlat független konstrukciókat tartalmaztak. A korábbi évtizedek épületeihez képest jelentős energiafogyasztás növekedés volt jellemző modern építészeti stílus jegyeit hordozó építményekre. A nemzetközi építészeti stílus jegyeiben a korábbi vasbeton, acél, üveg anyagokon kívül a műanyag szerkezetek is megjelentek. Energetikai szempontból előnyként kezelhető, hogy az épületszerkezetek és a gépészeti technológiák színvonala javult. Jelentős eltérés volt a magasabb komfortszínt megvalósulása. Ennek legszembetűnőbb változása a légkondicionálás megjelenése volt. Az építészeti stílus elemei növekvő energiaigényt is hordoztak magukban. A város szerkezetek energetikai kihívásai Napjaink egyik fontos épület-energetikai kihívása a városiasodás jelensége óta, a történelem során először a világon több ember él urbanizált területeken, mint a falvakban, mely a bolygónk erőforrásira rendkívül nagy hatással van. Nemcsak a jelen, de a jövő épület-energetikusainak is egyik kiemelkedő feladata, hogy a magas népsűrűségű, sűrűn lakott területek fenntartható fejlődését és természetes környezettel való összhangját biztosítsa. A sűrűn lakott területek energetikai tulajdonságának sajátosságát a városok léghőmérsékletének vizsgálata mutatja be. A 3. ábrán egy városi keresztmetszet léghőmérséklet változása látható. Az urbanizált területek külterületéből a városok belvárosi régiója felé haladva a léghőmérséklet emelkedése igen jelentős mértékű lehet. A külvárosi, elővárosi régiót közelítve egy úgynevezett szirt szakaszba lépünk. Ezen régió hőmérsékletének változására a folyamatos emelkedés a jellemző. A levegő hőmérséklet emelkedésének meredeksége változó, azonban a folyamatosság jellemző ezen szakaszra. A következő elkülönülő egységet hőmérsékleti fennsíknak nevezzük. Sajátossága, hogy a hőmérséklet itt is növekszik a városok középpontja felé haladva, azonban nem feltétlenül folyamatos emelkedésről beszélünk. A városi képhez hozzá tartoznak az esetlegesen nagyobb kiterjedésű parkok, zöld területek, ahol a léghőmérséklet csökkenő tendenciát mutathat. Ennek egyik oka, hogy a természetes felszínek és a mesterséges felszínek arányában változás következik be, amelyek hatással vannak a párolgási, a sugárzási és hőtárolási tulajdonságokra. A belvárosok felé közeledve, az urbanizált területek csúcs léghőmérsékletéhez közeledünk. Itt alakulnak ki a városok legmelegebb pontjai, ezen a ponton alakulnak ki a leggyakrabban hőcsapdák, melyek a külterületek és a belvárosok közötti hőmérséklet különbségek legnagyobb mértékéhez vezetnek. Ha elemző utunkat folytatjuk, és a városok központjából ismét a külvárosok felé indulunk, akkor az előbbiekben leírt hőmérsékleti szakaszokat ismét fellelhetjük a különböző városi egységekben. Az előző bekezdésben leírt léghőmérsékleti kép kialakulásának okaihoz a következők vezetnek. A kis lélekszámú településeken a természetes környezetben a növények és természetes felszínek (vizek, zöld felületeket) dominálnak, addig a városokban elsősorban mesterséges felszínek, aszfaltburkolatok, csatornák, üvegfelületek, téglaépületek váltják fel az élő, lélegző környezetet. Természetesen a kevesebb lakossal rendelkező községekben, falukban is megtalálhatóak a modern kor épületszerkezeteire jellemző anyagok, melyek mesterséges felszíneket jelentenek, azonban azok mértéke lényegesen kevesebb, mint a zsúfolt épületállománnyal tarkított városi környezet. Az eltérő felszínek miatt, megváltoznak a városok sugárzási és hőtárolási tulajdonságai, úgynevezett hőcsapdák, hőszigetek alakulnak ki, melynek magyarázata a következő: Nappali fény hatására a mesterséges felületek a Nap szoláris nyereségét elnyelve, abszorbeálnak. Az épületek szerkezetei folytán, a tömegükben elnyelt energiát tárolják, és a mesterséges felületek melegednek. Mivel az urbanizált területeken lényegesebben kevesebb a felszíni nedvesség, ezen oknál fogva alacsonyabb a párolgás mértéke és ez által a hűtő hatás is sokkal kisebb mértékű. 3. ábra. Városok léghőmérsékletének alakulása [3] 4. ábra. A Nap sugárzása [4] ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 41

44 Molnár Sz.: Az épületek energiahatékonyságának fejlődése A városi szerkezetek emelkedett hőmérsékleti paraméteréhez egyéb az emberi jelenlét többlet hőforrása is hozzájárul. Talán a leg kézzel foghatóbb példa a közlekedésből adódó többlet hőenergia. A gépjárművek elégetlen füstgázából, kipufogógázából származó hőterhelések jelentős mértékben hozzájárulnak metropoliszok magasabb léghőmérsékletéhez. Ahogy korábban írtam a komfortigényeink emelkedésével, a nyári túlhőmérséklet csökkentésére való igényünk is megjelent. A belső tereink igényelt paramétereinek kielégítését a légkondicionáló berendezésekre bízzuk, melyek többlet hőtermelései is hozzájárulnak a települések hőmérséklet paramétereinek emelkedéséhez. Természetesen a lakáscélra használt ingatlanok klíma berendezéseinek a hőkibocsátása is hozzájárul az emelkedett hőmérséklethez, viszont a középületek, irodaházak hűtésére szolgáló berendezések többlet hőkibocsátásának mértéke a berendezések nagyobb teljesítménye miatt még meghatározóbb. A városi képekhez hozzátartoznak az ipari termelő egységek, az ipari épületek, gyárak. Ezek is többlet hőkibocsátással rendelkeznek, elsősorban a technológia igényeket kiszolgáló rendszerek hőleadása miatt. Jellemzően az ipari méretű épületek, nagyobb alapterülettel, és a hozzá tartozó nagyobb fűtött térfogattal is rendelkeznek. Az ezeket kiszolgáló fűtések miatt ezek is jelentős hőterhelést jelentenek a városokra, elsősorban abból kifolyólag, hogy főképp a régebben épült létesítmények az ilyen jellegű épületek kiforratlan épületszerkezetekkel és gépészeti egységekkel rendelkeznek. A városokban nagyobb koncentrációban jelennek meg a szenynyezőanyag részecskék. A fenti többlethőforrások miatt megváltoznak a légkör sugárzási jellemzői és nagyobb hőmennyiség tárolódik a felszín közeli rétegekben. A kialakult városi hőszigetek intenzítását az alábbi paraméterek befolyásolják a legjobban: lélekszám; kanyon-effektus ( felfelé építkezés miatt toronyépületek nagyobb a hőelnyelő felület nagysága); késő esti órák szélcsendje. Az energiahatékonyság szabályozása Az Európai Parlament és Tanács 2010-ben kihirdette Az épületek energiahatékonyságáról Energy Perfomance of Buildings Directive (EPBD) szóló 2010/31/EU számú irányelvet, mely értelmében 2021-re minden új építésű épületet közel zéró energiafelhasználású és CO 2 kibocsátású létesítményként szükséges megvalósítani. Ehhez viszont konkrét követelmény értékeket kell megvalósítani a helyi klimatikus viszonyok függvényében. Ezekhez a megfogalmazott elvárásokhoz, javasolt szerkezeti megoldásokat is ki kell dolgozni, melyek az épületek teljes életciklusára vetítve optimális beruházási költség-energiamegtakarítást eredményeznek. A megfogalmazott kritériumokat többféle típusú, illetve igényszintű épülettel ki lehet elégíteni. Az energiatudatos építkezés koncepciója mindig, az energia-releváns elemek optimalizálásán alapul, mely a különböző szakterületek tudatos együttműködésén alapszik. Az energiatakarékos épületek létesítéséhez tartozó megoldások megszülettek. Ha a múltba tekintünk, már a XX. század fordulója előtt létezett közel nulla energiaigényű lakótér. Az első valóban működőképes és teljes értékű közel zéró energiaigényű ház, nem épület volt, hanem valójában egy sarkvidéki, Fram nevű kutatóhajó, Fridtjof Nansen hajója 1893-ban. Ő maga, így írt erről: a falakat kátrányos filc borítja, ezt követi a parafatöltet. Majd egy fenyőburkolat és ismét egy vastag filcréteg. Erre jön egy légtömör linóleumréteg és végül ismét burkolat. A mennyezetek mindent összevéve egy kb. 40 cm vastag rétegből állnak. Az ablakok, amelyeken keresztül a hideg nagyon könnyen behatolna, háromrétegű üvegezéssel készültek és védelmükről egyéb módon is gondoskodtak. Ily módon létrejött egy meleg és nagyon kellemes tartózkodásra alkalmas helyiség. Attól függetlenül, hogy a hőmérő kint 5 vagy -30 C-ot mutat, a kályhában nem ég a tűz. A légkeringés kiváló, a ventilátor friss téli levegőt szállít. Ezért gyakran azzal a gondolattal játszom, hogy a fűtést teljesen megszüntetem, mivel az csak útban van. [5] A kutatóhajó az É-i sarkon, a jeges táblák között rekedt. A kapitánynak és a legénységnek meg kellett várnia, míg az olvadás bekövetkezett, mert addig nem tudtak szabadulni a jég fogságából. E miatt a személyzet egy kabinban húzta meg magát, melynek a leírása a mai alacsonyenergiájú házaknak felel meg, vagyis a bent tartózkodó emberek a metabolikus hőtermelésükkel ki tudták fűteni a teret. Az épületek energiatakarékossági tervezéséhez és kivitelezéséhez szorosan hozzákapcsolódnak az alábbi környezettudatossági stratégiák: fenntarthat helyszín; hatékony vízgazdálkodás; energiahatékonyság; károsanyag-kibocsátás; anyaghasználat és erőforrások szabályozása; belső környezeti minőség; hulladék-felhasználás; innováció. Az épületenergetikai minősítések Az épületek energia felhasználásának egységesítése végett készültek összefüggő minősítési rendszerek. Ezek a minősítési rendszerek az elmúlt években, bő évtizedben kerültek kidolgozásra, tehát újnak mondható módszerek. A kidolgozott szisztémákkal az épületek minősíthetőek, és környezettudatosságuk szintje szerint az egyes épületek megkülönböztethetőek egymástól. A legelfogadottabb rendszerek: a BREEAM, a LEED, a DGNB és az EU-Green Building minősítés. BREEAM minősítés A világon legelsőként kifejlesztett környezettudatos épületminősítési rendszere az Egyesült Királyságból indult, melyet az angol Építési Kutató Intézet Building Research Establishment (BRE Assesment Method) alkotott meg. A BREEM minősítési rendszer alapvetően támogatja a csökkentett energiafogyasztási épületeket, a különféle vízcsökkentési megoldásokat, emellett az olyan beruházásokat, amelyek nem igényelnek újabb zöldterületeket, hanem például barnamezős projektként valósulnak meg, és ezzel kisebb hatást gyakorolnak a környezetre, vagyis az ökológiai lábnyomunkat kevésbé vetjük meg egy adott területen. A minősítési eljárást alkalmazhatjuk kereskedelmi, iroda- és ipari épületekre egyaránt, sőt lehetőség van arra is, hogy csak az épület szerkezete kapjon minősítést: ez magában hordozza azt az előnyt, hogy ha a végfelhasználók és azok pontos igényei nem ismertek, de az épületfejlesztő mégis megszerezheti a beruházásra a BREEAM minősítést. 42 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

45 Molnár Sz.: Az épületek energiahatékonyságának fejlődése LEED minősítés A LEED rendszert 1998-ban hozták létre az USA-ban. A rendszer keretében lehet minősíteni új, és már meglévő épületet is, és különböző épülettípusokra is alkalmazhatóak. Minden épület típus értékelési rendszere hasonló felépítést követ, amelyben a környezettudatossági elvek vizsgálati perifériákra vannak osztva. Ezek alapján vizsgálják: a fenntartható helyszínt, hatékony vízgazdálkodást, energiahatékonyságot, károsanyag-kibocsátást, anyaghasználatot és erőforrásokat, belső környezeti minőséget és innovációt, az innovatív megoldások használatát. Mindegyik kategória tartalmaz kötelezően teljesítendő elemeket, valamint opcionálisan megszerezhető kredit pontokat, úgy is mondható, hogy plusz pontokat lehet elérni. Az adott kategóriákon belül opcionálisan teljesíthető elemek kredit értéke aszerint lett meghatározva, hogy azok milyen hatással vannak az adott épület negatív környezeti hatásainak mérséklésére. Természetesen a környezettudatosság előtérbe helyezése miatt, a megújuló energiaforrások használata és az alacsony energiafelhasználás nagy súllyal számít. Amolyan LEED mintaprojektként nevezhetjük meg a világ egyik legnagyobb zöld középületét a Kaliforniai Tudományos Akadémiát (CAS), mely a lehető legmagasabban elérhető minősítési szinttel rendelkezik. DGNB minősítés A minősítési rendszer kidolgozását a Német Fenntartható Építés Egyesülete (Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen, DGNB) fejlesztette ki, az épületek komplex környezeti értékelésére. A német rendszer, az épületek energetikai jellemzését hármas alappillér alapján végzik, melyet fenntarthatósági hármasnak neveznek. A minősítési rendszer gazdasági, társadalmi és környezeti egységek köré csoportosítja a fenntarthatósággal összefüggő kérdéseket. A minősítési rendszer egzakt, számszerűsített módon jeleníti meg egy fenntartható épület környezetre és társadalomra gyakorolt pozitív hatását. A minősítési rendszer mind kereskedelmi, mind ipari mind egyéb épületekre ki van dolgozva. EU-Green Building minősítés Az Európai Unió saját minősítési eljárási rendszerrel rendelkezik, mely rendkívül rugalmas, és szinte csak az energiahatékonyságra, valamint a megújuló energiaforrások használatára koncentrál. Rugalmassága abban rejlik, hogy minden egyes projekthez külön energiahatékonysági célkitűzés társul, tehát nincs hozzárendelt egységes követelményrendszer, hanem az energiahatékonyság megvalósítása minden egyes projekt esetén más és más. Összefoglaló A fenntartható és energia-hatékony épületekkel kapcsolatban elmondható, hogy megfelelő tervezéssel és előkészülettel az épületek fejlesztése a jövőnek szól. Fontosnak tartom kiemelni, hogy az ily módon megtervezett épületek kommunikálnak a környezettel. A nukleáris területen elterjedt fogalom az ALARA-elv, mely az észszerűen elérhető legalacsonyabb sugárterhelést jelenti. Az épületenergetika tervezés során nekünk épület-energetikusoknak hasonlóan a sugárvédelemhez az ésszerűen elérhető legalacsonyabb energia felhasználásra kell törekedni, ezzel biztosítva a fenntartható fejlődést és az épület állományunk energiafelhasználásának racionalizálását, legyen szó újonnan létesülő épületekről, vagy akár a meglévő létesítmények felújításáról. Irodalmi hivatkozások [1] szolgaltatastechnika/ch04.html [2] Veres É., Molnár Sz.: Templomok energetikája és akusztikája előadás, MET IT, [3] AlkalmazottEsVarosklimatologia/ch11s04.html [4] [5] Nansen, Az éjszakában és a jégben, Brockhaus kiadó, 1897 Lakóépületek energiahatékonyságának növelését célzó hitelprogram A Széchenyi 2020 keretében megjelent a Lakóépületek energiahatékonyságának és megújuló energia felhasználásának növelését célzó hitel című (VEKOP kódszámú), valamint a Lakóépületek energiahatékonyságának és megújuló energia felhasználásának növelését célzó hitel című (GINOP-8.4.1/A-17 kódszámú) felhívás. A hitelprogramok célja a lakóépületek energiahatékonyságának, valamint a lakóépületekhez kapcsolódó megújuló energiaforrás alkalmazásának növelése. A VEKOP keretében rendelkezésre álló támogatási keretösszeg 9,41 milliárd forint, a GINOP keretében 105,2 milliárd forint érhető el. Az igényelhető kölcsön összege természetes személy esetén minimum Ft, maximum 10 millió Ft, társasház és lakásszövetkezet esetén társasházi és lakásszövetkezeti lakásonként minimum forint, maximum 7 millió forint. További információk a GINOP programról címen, míg a VEKOP programról címen érhetők el. ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 43

46 K L E N E N Kamstrup READy Manager A jövő megoldása: az energiamérés és felügyelet digitalizálása1 Fekete Balázs gépészmérnök MSc, fekete.balazs@multical.hu Az energiagazdálkodás tekintetében számos jelenkori és jövőbeli kihívásnak kell megfelelni. A pontosság és megbízhatóság mellett a gazdaságos és fenntartható működés, a nagy menynyiségű mérési adat és a felmerülő hibára való gyors reagálás elengedhetetlen manapság. Ehhez az egyik legjobb megoldás a már Magyarországon is telepített, a Kamstrup által kínált vezeték nélküli kiolvasó és felügyeleti rendszer, a READy. A hálózatba egyaránt integrálhatók villamos-, víz-, és hőmenynyiségmérők, valamint nyomásmérő szenzorok így nyújtva teljes körű energia auditálási lehetőséget. 1 * Regarding energy management there are a number of contemporary and future challenges, that must be complied. Besides accuracy and reliability, the economical and sustainable operation, the large amount of measuring data and the quick reaction to errors are indispensable nowadays. For these purposes the best solution is the Kamstrup s wireless M-Bus data read out and monitoring system, the READy, which is already used in Hungary. The integration of electricty, water, heat meters and pressure sensors to the system offers comprehensive energy auditing. * * * Az intelligens fogyasztásmérési megoldások Az energiafelhasználás csökkentésének és a hatékonyság növelésének lehetősége önmagában nem elég. Annak a potenciálnak eredménnyé való átalakulásában az okos mérés jelenléte elengedhetetlen. A nagy mennyiségű és pontos mérési adat nélkül nem állapítható meg, milyen hatékonysággal üzemel a rendszer, és mely területen van szükség leginkább a fejlesztésre. Egyszerűen fogalmazva, ami nincs mérve azt nem is lehet optimalizálni. Az átfolyás, a hőmérséklet, a nyomás és az energiafogyasztás óránkénti adatai révén nyilvánvalóvá válnak a veszteségek és azok kiiktatásának lehetőségei a felhasználói rendszerben. Az intelligens mérési megoldások már most is széleskörűen használatosak Európában, de ezek tovább fognak terjedni 2017-ben is. READy vezeték nélküli hálózat felépítése 1 A szerzőnek a KLENEN 17 konferencián (Gárdony, március 7-8.) elhangzott előadása Az energiahatékonyság és energiatudatosság jegyében számos jelenkori és jövőbeni kihívásnak kell eleget tennie az iparnak, ezeknek való megfeleléshez gyakran kérik cégünk, a Comptech Kft. segítségét. A pontosság és megbízhatóság mellett a gazdaságos és fenntartható működés, valamint a nagy mennyiségű mérési adat, és a felmerülő problémákra való gyors reagálás is elengedhetetlen manapság. Ehhez az egyik legjobb megoldás a már Magyarországon is telepített, a Kamstrup által kínált vezeték nélküli M-Bus kommunikációra épülő okos víz-, villamos-, és hőmennyiségmérők, valamint nyomásérzékelő szenzorok távoli kiolvasásának korszerű és hatékony rendszere, a READy. Egy jól működő hálózat alapja a mérők A Kamstrup mozgó alkatrészt nem tartalmazó, ultrahangos elven működő víz-, és hőmennyiségmérői, valamint villamos fogyasztásmérői hosszú élettartamuk alatt végig megőrzik pontosságukat és megbízhatóságukat. Ezek nagyszerű alapot biztosítanak egy stabil rendszer felépítésére, melyek már önmagukban is fenntarthatóbb és hatékonyabb szolgáltatást biztosítanak, viszont kiegészítve a rájuk épülő kiolvasó rendszerrel további előnyökre tehet szert használója. READy megoldás a jelen és a jövő kihívásaira tervezve A READy egy rugalmas megoldás, hiszen a távleolvasás a központi adatgyűjtő és a mérők között az EN szabvány szerinti 868 MHz-es vezeték nélküli M-Bus kommunikációval történik. A rendszer telepítése egyszerű és eszközigénye minimális, hiszen mindössze egy, mérőpontot kezelni tudó READy koncentrátor alkalmazásával létrehozható a fix kiolvasó hálózat, akár 2-3 km-es kommunikációs távolságot is áthidalva. Ezzel a fejlett rendszerrel kiküszöbölhető a drága és körülményes vezetékezés, mely egy kiolvasó hálózat alkalmazásában korlátokat szab, valamint elkerülhető plusz költségeket generál. A READy rugalmassága alkalmassá teszi a mérőhálózat egyedi felhasználói igényekhez való alakítását. Telepítési tapasztalatunk szerint akár az egymástól 4 km-re lévő mérők kiolvasása is megvalósítható egy központi adatgyűjtő egységgel. A hálózati kiolvasás kommunikációs infrastruktúrája: az adatgyűjtő eszközhöz csatlakozik egy vagy két antenna, mely fogadja a jeleket a mérőktől. Az antennák kábeles összeköttetésben vannak a koncentrátorral, mely GSM/GPRS vagy IP kapcsolaton keresztül küldi automatikusan az adatokat a READy Manager szolgáltatáshoz a Kamstrup központi rendszer kezelésében. A mérő egyszerűen integrálható a kommunikációs rendszerbe akár egy alagsori hőközpontból, akár egy vasbeton aknából is. Nagy mennyiségű adat áll rendelkezésre a szolgáltatás optimalizálása és a hatékonyság növelése érdekében Csakúgy, mint a mechanikus mérők alkalmazása, a kézi kiolvasás is leáldozóban van a technológiai fejlődés következtében. Manapság 44 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

47 Fekete B.: Kamstrup READy Manager: - A jövő megoldása: az energiamérés és felügyelet digitalizálása már nem lehet elég az, ha havonta egy kiolvasási adat áll rendelkezésre melynek begyűjtése nehézkes és a felhasználó számára kellemetlenséggel jár. A READy rendszer telepítésével a mérők közvetlenül és automatikusan kiolvashatóvá válnak napi vagy akár óránkénti rendszerességgel. Sőt, a Priority meters, vagyis Elsődleges mérők modul alkalmazásával kijelölhető 50 elsőbbségi mérő, mellyel akár percenkénti adat kiolvasás is megvalósítható. A mérő összes aktív regisztere elérhető a READy megoldással. A hibaelhárítás megkönnyítésére, valamint a kiolvasott adatokból grafikus kimutatások megalkotására a READy Manager képes megjeleníteni oszlopdiagramon a mérők fogyasztását az adott időszakra vonatkoztatva. Ugyanezen a diagramon az összes info kód is megjelenítésre kerül, ezzel lehetővé téve az összefüggés feltárását a hibák/nem várt események és a fogyasztás alakulása között. Lehetőség van egy grafikus ábrán megjeleníteni és összehasonlítani több mérő adatait. Teljesítmény regisztrálása, kiolvasása, megjelenítése Az energiagazdálkodási és monitorozó rendszerekkel szemben támasztott minél nagyobb teljesítmény elérésére való igény manapság alapvetővé vált. Ehhez szükség van a megfelelő eszközre, mellyel az adatgyűjtés validálása és dokumentálása megvalósítható. A teljesítmény regisztrálását, kiolvasását és megjelenítését végző modullal plusz erőforrás alkalmazása nélkül a hálózati teljesítmény áttekintés egyszerűen elvégezhető a kiválasztott mérők vonatkozásában. Előre meghatározható, hogy mi számít megfelelő és elégtelen teljesítménynek. A beállított paraméterek alapján látható, ha a mérő nem teljesít megfelelően. A READy Manager által tárolt mérőkről egyszerűen létrehozható egy teljesítmény áttekintés, összehasonlítás. Minden mérő teljesítménye az előre meghatározott tartományban kerül megjelenítésre, a fogadott mérési adatok és azok esetleges eltéréseinek százalékos kijelzésével. Ezzel a funkcióval lehetőség nyílik összehasonlító elemzéseket készíteni, a kiolvasott és a paraméterekkel előre meghatározott teljesítmény között, valamint ezzel összefüggésben a mérőkhöz megjegyzéseket kapcsolni. Így például meghatározható az összes nem megfelelő teljesítménnyel üzemelő mérő további vizsgálat és optimalizáció céljából. Mérők megjelenítése térképen Az összes mérő közvetlenül megjeleníthető a READy Manager térképén biztosítva a telepített mérők könnyű átláthatóságát. A térképen található mérőre kattintva további információk tudhatók meg róla. A térkép Google Earth alapú, így a Street View funkciót használva további részletek érhetők el a telepítés helyéről. Egy ábrán a kiolvasott adatok és info kódok, percenkénti adatgyűjtés adott időszakban Térképes áttekintés a mérőpontokról Egyszerű kezelői felület a mérő teljesítményének ellenőrzésére ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 45

48 Fekete B.: Kamstrup READy Manager: - A jövő megoldása: az energiamérés és felügyelet digitalizálása Riasztások és értesítések Az összes, mérőkhöz tartozó riasztás és értesítés elérhető az Info codes menüpont alatt. A riasztások gyorsan rendezhetők, így a legújabbak és a legfontosabbak könnyedén megtalálhatók. A hibajelenség így gyorsan észlelhetővé válik, ezzel csökkentve a bekövetkező kárt, hiszen a funkció gyors reakciót biztosít csőtörés vagy más nem várt esemény megtörténtekor. A rendszer opcionálisan lehetőséget biztosít az adott mérőponthoz telefonszám és/vagy cím hozzárendelését, így a hibajelzés azonnal továbbítható automatikus üzenet formájában is. Adatbiztonság A legmagasabb adatbiztonság eléréséhez minden mérő kommunikációja egyedileg AES 128-bit titkosítással van ellátva. Ez azt jelenti, hogy az adott fogyasztási adatok csak a mérővel kapcsolatban lévő READy Manager, illetve a READy Manager által felügyelt mobil eszközök képesek fogadni. A titkosító kulcsok automatikusan betöltésre kerülnek a READy Managerbe, ha a szoftver közvetlen kapcsolatban áll a felhasználó My Kamstrup fiókjával. Ez biztosítja, hogy minden esetben a megfelelő kulcs kerüljön tárolásra, és új mérő esetén az automatikusan elérhetővé válik a READy Manager számára rögtön, miután a Kamstrup által szállításra került. Továbbá a mérő és kiolvasott adatok biztonságos helyen kerülnek eltárolásra a Kamstrup által biztosított host megoldás révén. A Kamstrup ISO szabványos információbiztonsági irányítási rendszerrel rendelkezik. Szoftveres támogatás A READy Manager szoftver a Kamstrup által forgalmazott víz-, hőmennyiség-, és villamos mérők távoli kiolvasására és rendszerszintű irányítására alkalmas adatkezelő rendszer. Lehetőség van a READy Managert egy ún. hosting támogatási szerződéssel együtt használni, ez a szolgáltatáscsomag a következő tartalmat biztosítja: hozzáférés a mérők regisztrált mérési adataihoz óránkénti gyakorisággal web service alkalmazással nem várt események, hibajelenségek regisztrálása és azonnali jelzése (szivárgás, csőtörés, hőmérsékletérzékelő hiba, kommunikációs hiba, fordított áramlási irány, üres csővezeték, stb.), opcionálisan ezen jelzésekről SMS/ értesítés küldése további funkciók: mérési értékek analízise, összehasonlítása, jelentések készítése fogyasztási adatokról gyártói hardver és szoftver biztosítása az alkalmazáshoz, SQL setup korlátlan, gyártó által biztosított kliens hozzáférés a READy Manager programhoz adatok központi tárolása adatbiztonság, vírus elleni védelem a tárhelyet biztosító szerver 365/7/24 felügyelete és ellenőrzése rendszer támogatás Kinek ajánljuk a rendszert? összegzés A READy megoldás jelenlegi 1.7-es verziója a Kamstrup víz-, hőmennyiség-, és villamos mérőit támogatja, így ideális bármely komplex energia felhasználó rendszer számára, energiamérés és felügyelet biztosítására. Azonban márciusától, a következő verzió megjelenésével már más gyártók M-Bus kompatibilis mérői is integrálhatóvá válnak a rendszerbe, valamint a kiolvasó szoftver magyar nyelven is elérhetővé válik. A Kamstrup mérőit alkalmazva a nagyfokú pontosság és megbízhatóság garantált a mérő hosszú élettartama alatt. Maga a READy rendszer folyamatos automatikus (óránkénti, napi) adatgyűjtést biztosít egyszerű kezelői felületen, így egy általános, manuálisan leolvasott havi fogyasztási érték helyett széles körű és folyamatos adatmennyiség áll rendelkezésre alacsonyabb kiolvasási költséget és kevesebb erőforrást felhasználva. Ezen kiolvasott adatok azonnali feldolgozását teszi lehetővé a rendszer praktikus analízis és összehasonlító funkciója a energiafelhasználás optimalizására és hatékonyságának növelésére. A teljesítmény regisztrálás és a mérők térképes megjelenítése további egyszerűsítést jelent a rendszert használó számára. A riasztások és értesítések azonnali elérése pedig gyors reakciót garantál, mellyel drasztikusan csökkenthető a veszteség. Így tehát ez a komplett rendszer átlátható és gazdaságos működést biztosít a jövőbe tekintő cégek, üzemek számára. Megkapta engedélyét az első közreműködő szervezet A Magyar Energetikai és Közmű-szabályozási Hivatal február 14-én kiadott engedélye alapján a Magyar Mérnöki Kamara megkezdheti működését, mint közreműködő szervezet. Az energiahatékonyságról szóló törvény előírása szerint a közreműködő szervezetek szakmai vizsgák és továbbképzések megszervezésére jogosultak az energetikai szakreferensek, illetve auditorok számára. Az energiahatékonyságról szóló évi LVII. törvény előírása alapján az energetikai auditálási tevékenység ellátásának egyik feltétele a közreműködő szervezet által szervezett energetikai auditori szakmai vizsga teljesítése. További feltétel, hogy az energetikai auditor évente egy alkalommal valamely közreműködő szervezet által szervezett továbbképzésen vegyen részt. A jogszabály az energetikai szakreferenseknek éves továbbképzési kötelezettséget is meghatároz, továbbá ötévente szakmai megújító vizsgát kell tenniük. Továbbképzéseket, szakmai vizsgákat, illetve megújító vizsgákat ún. közreműködő szervezetek szervezhetnek, illetve ezekről igazolást is kiállítanak. Az említett feladatok ellátására kapott engedélyt a Magyar Mérnöki Kamara február 14-től a MEKH engedélye alapján. A közreműködő szervezet az energetikai auditorok által teljesítendő szakmai vizsga és megújító vizsga tartalmáról és eljárásrendjéről szabályzatot dolgoz ki, amelynek elfogadása és módosítása a Hivatal jóváhagyásához kötött. A Hivatal felügyeli a szakmai vizsga és megújító vizsga lebonyolítását, a közreműködő szervezetnek a Hivatal részére évente jelentést kell készítenie tevékenységéről. A MEKH a közreműködő szervezetekről nyilvántartást vezet, amely az Ágazatok, Villamos energia, Energiahatékonyság rovatban is megtalálható. Forrás: 46 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

49 T U D O M Á N Y Sík napkollektor hatásfoka CeO 2 -víz nano folyadék alkalmazása esetén Gróf Gyula okl. gépészmérnök, grof@energia.bme.hu Mahmoud A. Sharefeldin PhD hallgató, sharafeldin@energia.bme.hu A néhányszor 10 nanométeres részecskék és valamilyen folyadék alkotta szuszpenzió (nanofolyadék) hőhordozó munkaközegként való alkalmazása az utóbbi évtized egyik legintenzívebben kutatott terület. Kísérleteket végeztünk 25 nm-es cériumdioxid-víz %, 0,0333% és % térfogat-százalékos nanofolyadék síkkollektorokban történő alkalmazására, a térfogatáram 98, 114 és 122 liter/óra értékei mellet. A kísérletek eredményei azt mutatják, hogy nanofolyadék alkalmazásával a hatásfok nagyobb, mint tiszta vízzel. A növekedés üresjáratban eléri a 13%-ot a 0,0666% koncentráció és 122 liter/óra térfogatáram esetén a tiszta ioncserélt vízhez képest. * Using nanofluids in thermal energy devices such as flat plate solar collectors is making progress day by day. Experiments were performed to study the effect of using CeO 2 -water on the efficiency of flat plate solar collector. Three different volume fraction of CeO 2 nanoparticles %, % and % and the mean particle dimension was kept constant at 25 nm. The working fluid volume flow rate is 98, 114 and 122 dm 3 /hr. The results show higher collector efficiency is achieved when using CeO 2 nanofluid than water. Based on present, the efficiency of collector directly proportional with volume flow rate but inversely proportional with volume fraction in studied ranges. Experiments indicated that the highest rise in efficiency of collector at zero value of [(Ti Ta)/GT] is 13% for volume fraction % and volume flow rate 122 dm 3 /hr compering to water. * * * Az utóbbi évek kutatásai azt mutatják, hogy a néhányszor 10 nanométeres, ún. nanorészecskék folyadékkal alkotott szuszpenziók tulajdonságai az alapfolyadékhoz képest jelentősen megváltoznak. A változások a legtöbb esetben azt jelentik, hogy a nanofolyadékkal, mint hőhordozó munkaközeggel kedvezőbb hőtranszport valósítható meg. A kedvezőbb transzport jellemzők eredménye kisebb térfogatáram 1 igény, ami energiahatékonyabb működést jelenthet. Ugyanakkor a stabil szuszpenzió létrehozása és a szétválás megakadályozása számos kihívást jelent az alkalmazás szélesebb körben való elterjedése előtt. Ezt a problémát különböző adalékokkal próbálják megoldani. Számos kutató vizsgálta különböző típusú nanofolyadék hatását a sík napkollektorok hatásfokára. Said és társai [1] Al 2 O 3 - víz nanofolyadékot alkalmaztak munkaközegként 0,1% és 0,3% térfogatszázalék mellett, 13 nm-es részecskéket felhasználva. A hatásfok mintegy 83%-os növekedéséről számolnak be 0,3%-os szuszpenzió és 1,5 kg/perc tömegáram esetén. Yousefi és társai [2] ugyancsak Al 2 O 3 -víz nanofolyadékot alkalmaztak, de 0,2% és 1 Az adalékok a folyadék hővezetési tényezője mellett annak fajhőjét és a sűrűségét egyaránt megváltoztatják. ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 0,4% térfogatszázalék összetétellel és 15 nm-es részecskékkel. Vizsgálatokat végeztek Triton X-100 felületaktiváló adalékkal és anélkül is. Az adalék nélküli esetben 28%-os míg adalékkal 16%- os hatásfok növekedést tapasztaltak. Goudarzi és társai [3] hengeres napkollektorokban spirál csöves elrendezést alkalmazva vizsgálták CuO-víz nanofolyadék hatását SDS (sodium dodecyl sulfonate) felületaktiváló adalékot alkalmazva. Moghadam és társai [4] síkkollektorokban vizsgálták a CuO-víz nanofolyadék hatását 0,4% térfogatszázalékos összetétel és 40 nm részecske méret mellett 16%-os hatásfok növekedést tapasztaltak. Faizal és társai [5] azonos teljesítményhez kisebb méretű kollektort kaptak eredményként nanofolyadék alkalmazásával. Numerikus szimulációval kimutatták, hogy 1000 kollektorból álló kollektor mező esetén az elérhető anyagmegtakarítás kg, 8625 kg, 8857 kg és 8618 kg, ha CuO, SiO 2, TiO 2, és Al 2 O 3 nanofolyadékot alkalmaznának. Ez együtt jár a CO 2 emisszió csökkenésével és a megtérülési idő rövidülésével is. Faizal és társai [6] SiO 2 nanofolyadék alkalmazásának elemzésével arra a következtetésre jutottak, hogy 0,2% térfogatszázalékos nanofolyadék a síkkollektor hatásfokát mintegy 23%-kal képes növelni. Ugyanakkor a szivattyúzási munka a viszkozitás növekedése miatt szintén megnövekszik, amit a térfogatáram csökkentésével lehet kompenzálni. Mahain és társai [7] a nanofolyadékok alkalmazása során fellépő entrópia növekedést vizsgálták a nanorészecskék méretének függvényében 25, 50, 75, és 100 nm méretű Al 2 O 3 -víz nanofolyadék esetén. Shojaeizadeh és társai [8] exergia analízist végeztek különböző keverési arányok és térfogatáramok függvényében. He és társai [9] tiszta réz (Cu) nanorészecskék felhasználásával kapott nanofolyadék alkalmazásakor 24%-os hatásfok növekedést tapasztaltak, 0,1%-os térfogatszázalék és 25 nm részecske méret mellett. Meibodi és társai [10] víz-etilénglikol alapú nanofolyadékot SiO 2 részecskék felhasználásával állítottak elő és vizsgálták a sík kollektorok hatásfokára gyakorolt hatását különböző koncentráció esetén egészen 1%-os oldatig. Jamal-Abad és társai [11] réz nanorészecskék alapú szuszpenzió alkalmazásával 24%-os hatásfok növekedést figyeltek meg 0,05 tömeg%-os koncentráció esetén. Az ülepedési jelenség csökkentésére Colangelo és társai [12] az osztó-gyűjtő kamrák módosításával egészen 3%-ig tudták növelni a koncentrációt Al 2 O 3 -víz nanofolyadék esetén. A nanofolyadékok és áramlási inzert közös hatását vizsgálták Sekhara és társai [13] vizszintes csövekbe helyezett csavart szalag és Al 2 O 3 -víz nanofolyadékkal. Faizal és társai [14] a síkkollektor teljesítmény fenntartása mellett annak méretcsökkentési lehetőségeit vizsgálták, eredményük szerint 24%-os méretcsökkentés érhető el Al 2 O 3 -víz nanofolyadékkal 0,2 tömeg%-os koncentrációval. A szerzők [15] az MWCNT (multiwall carbon nanotube) tartalmú nanofolyadékot is megvizsgálták, az eredmény 37%-os méretcsökkenés. Mahian és társai [16] 1%-os koncentrációjú SiO 2 -víz nanofolyadék alkal- 47

50 Gróf Gy., M. A. Sharefeldin: Sík napkollektor hatásfoka CeO 2 -víz nano folyadék alkalmazása esetén mazásának a nyomásveszteségre és az entrópia növekedésre való hatását analitikusan határozták meg. Szintén e szerzők [17] Cu-, Al 2 O 3 -, TiO 2 -, és SiO 2 -víz nanofolyadékok hatásfok növelő hatását tanulmányozták síkkollektorban. Said és társai [18] TiO 2 - víz nanofolyadékot vizsgáltak, tapasztalatuk szerint polietilénglikol 400 adalékolással az üllepedés csökkenthető. Michael és társai [19] rézoxid-víz nanofolyadék természetes és kényszerített áramlás során mutatott hőtranszportot vizsgálták kísérletekben. Alim és társai [20] elméleti analízissel állapították meg az entrópia növekedést és a hőtranszport hatékonyság növekedését Al 2 O 3, CuO, SiO 2, TiO 2 nanorészecskék vizes szuszpenziójának alkalmazásakor síkkollektorokban. Polvongsri és társai [21] ezüst nanorészecskék, Yousefi és társai [22] Al 2 O 3 nanorészecskék és víz szuszpenzióval végeztek síkkollektorokkal hatásfok növelő kísérleteket. Said és társai [23] SWCNT (singlewall carbon nanotube) részecskék vizes szuszpenziójának hőfizikai tulajdonságait vizsgálták kísérletekkel. Noghrehabadi és társai [24] SiO 2 -víz-etilénglikol nanofolyadék hatásfokra gyakorolt hatását vizsgálták 1 térfogat% koncentrációig a síkkollektorokban. Shojaeizadeh és társai [25]- ban az etilénglokol koncentráció hatását mutatják be és [26]-ben Al 2 O 3 nanorészecske vizes szuszpenziójának alkalmazását optimalizálják exergia hatásfok vizsgálatával. Chougule és társai [27] hőcsöves síkkollektorok dőlésszögének hatását vizsgálták CNT (carbon nanotube) nanofolyadék munkaközeg esetében. Said és társai [28] Al 2 O 3 nanofolyadék hőfizikai tulajdonságait vizsgálták és ezek hatását a síkkollektorokban való alkalmazásra. Munuswamy és társai [29] összehasonlító vizsgálatokat végeztek Al 2 O 3 és CuO nanorészecskék alkalmazásával nyert munkaközegekkel a síkkollektorok hatásfok változásának felderítésére. A releváns irodalmi források áttekintésével megállapítottuk, hogy nincs irodalmi nyoma annak, hogy cériumdioxid bázisú nanofolyadékot bárki tesztelt volna síkkollektorokban annak ellenére, hogy Tiwari és társai [30] a CeO 2 -víz nanofolyadéknak a hőtranszportra gyakorolt kedvező hatását megállapították 2013-ban. Vizsgálati módszer A kísérleti vizsgálatokat az 1. ábra szerinti összeállításban végeztük. A vizsgált kollektor TS200 típusú sík kollektor. A BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék megújuló laboratóriumának infrastruktúráját használtuk, azzal a módosítással, hogy egy zárt körben keringettük a nanofolyadékot és a hőhasznosítás egy hőcserélő (3) közbeiktatásával valósult meg. A megfelelő térfogatáramot az (5) szeleppel állítottuk be. A hőmérsékleteket Pt100 hőmérőkkel mértük a (4) térfogatáram mérő pedig Sontex Superstatic 449 típusú. A környezeti hőmérsékletet és a napsugárzási adatokat a laboratórium beépített meteorológiai állomásából nyertük. A kollektor síkba érkező összes sugárzás külön mérhető egy LP PYRA 03 sugárzásmérővel. A vizsgálatokat az ASHRAE szabvány útmutatásai szerint végeztük [31]. A szabvány olyan kollektorok vizsgálatára vonatkozik, amelynek saját hőtároló képessége nem jelentős és útmutatást ad az ún. pillanatnyi hatásfok meghatározására a következők szerint. Ha a Q u a kollektorból állandósult állapotban kinyert energia és a kollektor síkba érkező összes sugárzás G T és a hasznosító felület pedig A c : Qu η i = A G c T A nyert energia felírható a munkaközeg (m) tömeg vagy (V) térfogatáramával, a (C p ) fajhőjével és a ki (T o ) és belépő (T i ) hőmérséklettekkel: ( T T ) = VC ( T ) Q = mc ρ u u c p Q = A F τα R o i p o T 1 [ G ( ) U ( T T )] T ( T T ) VCp o 1 η i = ρ A G c T L i a Bevezetve a kollektor FR hőveszteség tényezőjét (5) mc p( To T1 ) F (5) R = Ac[ GT τα U L( Ti Ta )] A kollektor pillanatnyi hatásfoka végül (6) szerint írható fel linearizált formában. Az U L a környezet felé történő hőtranszport hőátviteli tényezője a τ α pedig az elnyelési -áteresztési szorzat (transmittanceabsorptance product), T a pedig a környezet hőmérséklete (1) (2) (3) (4) η = F i R T i Ta τα F RUL GT A nanofolyadékok hőkapacitását és sűrűségét a [33] szerint számíthatjuk a φ térfogat frakció aránnyal. Az alkalmazott CeO 2 nanorészecske fajhője és sűrűsége (C p,np ρ np ) 315 J/(kgK) és 7160 kg/m 3. A (C p,bf, ρ bf ) értékek a víz fajhőjét és sűrűségét jelentik, eredmény pedig a (ρ nf ) és (C p,nf ) nanofolyadék sűrűsége és fajhője (8) és (9) szerint. (6) ( ρ C ) = ( ρ C ) ( ϕ) + ( ρ C ) ( 1 ϕ) p nf p np p bf (7) ( ϕ) + ρ ( ϕ) ρ = ρ 1 nf np bf (8) 1.ábra. A mérés elrendezés vázlata (1 kollektor, 2 szivattyú, 3 hőcserélő, 4 térfogatáram mérő, 5 állító szelep, 6 HMV tároló) Bár a kollektor jelleggörbék nem lineárisak, az összehasonlítás egyszerűsítése miatt lineáris összefüggést alkalmazunk, a független változó a szokásos sugárzással redukált hőmérsékletkülönbség (T i T a )/G T, ahol T a a környezeti hőmérséklet. Az egyenes jelleggör- 48 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

51 Gróf Gy., M. A. Sharefeldin: Sík napkollektor hatásfoka CeO 2 -víz nano folyadék alkalmazása esetén be a hatásfok tengelyt a legmagasabb értékű pontban metszi, de ez ugyanakkor a környezeti hőmérséklettel megegyező belépő hőmérsékletet is feltételez. Ezt az értéket szokás optikai hatásfoknak is nevezni (F R τα). A jelleggörbe meredeksége a hőveszteségekkel arányos. Hibavizsgálat A mérések során hőmérsékletet ±0,1 C, a sugárzást ±2%, a tömegáramot ±1,5%, a fajhőt ±1%, a hasznosító felületet ±0,12% pontossággal tudjuk megadni. Ezekkel az adatokkal a pillanatnyi hatásfok pontosságát ±2,53% értékben állapítottuk meg, 40 K és 31 K hőmérséklet különbségeket mérve és a hőmérséklettől függő hibatagot négyzetes középértékben határozva meg. δη i δ m = η i m 2 δ Cp + Cp 2 δ + ( To Ti ) ( T T ) o A nanofolyadék előállítása és tulajdonságai Az általunk végzett kísérletekben ioncserélt víz és CeO 2 nanorészecskék összekeverésével nyert nanofolyadékot alkalmaztunk. A 99,9% tisztaságú CeO 2 kereskedelmi forgalomból származik (MK Impex, Kanada). A részecskék átlagos mérete 25 nm és a sűrűsége 7,123 g/m 3. A CeO 2 vízben nem oldódik, a nagy koncentrációjú szuszpenziót ultrahangos keverő egységgel (Bandelin, SONOPULS HD 2200) állítottuk elő, majd hígítottuk fel az alkalmazási koncentrációra. A kísérletekben a nagyobb koncentrációtól haladtunk a kisebb felé. Az ultrahang hatását Mahbubul és társai [32] vizsgálva megállapították, hogy az a keveréskor keletkező agglomerátumokat összetöri és javítja a diszpergálódást. A nanofolyadékokat erős ülepedési hajlam jellemezi, különösen alapkeverék állapotban, amikor is az alkalmazási koncentrációhoz képest jóval nagyobb a nanorészecskék aránya. A stabilitást szokás jellemezni az ún. zeta-potenciál értékkel. A mi méréseink szerint (PALS Zeta potenciál mérő Ver. 3,37, Brookhaven Instruments) a CeO 2 -víz nanofolyadék zeta-potenciálja -36,91 mv 0,0666 térfogat% koncentráció esetén, ami [32] szerint fizikailag stabil állapotot jelent. i 0, δa c δgt + + Ac GT (9) Referencia eredmények A kísérleteket 2016 július és augusztusában végeztük. Minden nap óra között 6 db 1 órás mérési periódust definiáltunk, amit tovább osztottunk 10 perces intervallumokra, mint [11] szerzői. Több napon keresztül folyatatott mérési eredményeket úgy dolgoztuk fel, hogy a vizsgálati eredménybe csak azokat a mért értékeket vettük figyelembe ahol a környezeti hőmérséklet változása 0,8 K és a belépési hőmérséklet változása pedig 0,5 K értékeket nem haladta meg továbbá a globális sugárzás változás mértéke a 30 W/m 2 érték alatt volt, így biztosítva, hogy a mérési eredmények eleget tegyenek az ASHRAE [31] követelményeknek. A méréseket mind ioncserélt vízzel, mind különböző koncentrációjú CeO 2 nanofolyadékkal elvégeztük 98, 114 és 122 liter/óra térfogatáramokkal. Két teljesen új és egyforma kollektort használtunk a tesztelésre melyek mind vízzel mind azonos koncentrációjú nanofolyadékkal a mérési hibahatárainkon belül, azonosan viselkedtek. Az ioncserélt tiszta vízzel nyert eredményeket az 1 táblázat mutatja. 1. táblázat. Tiszta vízzel nyert eredmények Térfogat áram, liter/óra F R U L F R τα 98-4,9273 0, ,9971 0, ,021 0,579 A B 3. ábra. Vízzel történt mérési eredmények illusztrációja A legnagyobb optikai hatásfokot a legkisebb alkalmazott térfogatáramra kaptuk és ennek növelése az optikai hatásfok csökkenését és a jelleggörbe meredekségének csökkenését mutatja, megfelelően a hőveszteségek csökkenésének. 2.ábra. Nanofolyadék alapkeveréke A: frissen kevert B: egy héttel később Nanofolyadékkal nyert eredmények CeO 2 nanofolyadékkal három különböző koncentráció esetén (0,0167, 0,0333 és 0,0666 térfogat%) végeztük el a méréseket ugyanolyan térfogatáramok mellett, mint a tiszta vízzel végzett referencia méréseknél. A kiindulási adatok kombinációjához tartozó valamennyi diagram bemutatása meghaladja jelen cikk kereteit, ezért táblázatosan foglaljuk össze az eredményeket és a nyert mérési eredmények illusztrációjaként bemutatjuk a nanofolyadékkal nyert néhány jellemző mérési eredményhez tartozó diagramot is. ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 49

52 Gróf Gy., M. A. Sharefeldin: Sík napkollektor hatásfoka CeO 2 -víz nano folyadék alkalmazása esetén 2. táblázat. Nanofolyadékkal nyert eredmények Térfogat áram liter/óra Koncentráció Térfogat% Optikai hatásfok Meredekség W/ Cm 2 0 0,638-4, ,016 0,7020-8,9057 0,033 0,6704-5,398 0,066 0,6525-5, ,6056-3, ,016 0,6835-8,6006 0,033 0,6464-4,537 0,066 0,6289-4, ,579-1, ,016 0,6543-7,1396 0,033 0,6422-2,4489 0,066 0,6191-1,3455 A 2. táblázatban közreadott eredmények szerint valamennyi koncentráció esetén az optikai hatásfok és jelleggörbe meredeksége megnövekedett. Ennek következtében a tiszta vízzel folytatott és a nanofolyadékkal folytatott üzem jelleggörbék metszik egymást, amint azt a 4. ábrán bemutatjuk. A nanofolyadék intenzívebb hőátadást eredményez a kollektor elnyelő felületére integrált folyadékjáratok fala és az áramló folyadék között, ezért a hőhordozó közeg hőmérséklete kevéssé kell, hogy lemaradjon az abszorber hőmérsékletétől adott hőáram elszállítása esetén, ugyanakkor azonos abszorber-munkaközeg hőmérséklet különbség esetén nagyobb hőáram valósulhat meg az abszorber és a hőhordozó közeg között. Ez a jelenség az optikai hatásfokot növelni fogja, mert az áramló hőhordozó, környezeti hőmérsékleten belépve a kollektorba, a jobb hőátadás miatt magasabb hőmérsékletre melegedik fel a kollektorban. Az intenzív hőtranszport abban az esetben, amikor emelkedik a belépőközeg hőmérséklete, azonos kinyert energiához kisebb abszorber - hőhordozó hőmérséklet különbség társul, ez magasabb abszorber hőmérsékletet és így nagyobb hőveszteséget, meredekebb karakterisztikát okoz, mint tiszta vizet alkalmazva. 5. ábra. Koncentráció változás hatása a kollektor jelleggörbére Az 5. ábra szemlélteti a koncentráció hatását a kollektor jelleggörbére. Valamennyi a mérésnél vizsgált térfogatáram esetében a kisebb koncentrációjú nanofolyadék eredményezte a nagyobb optikai hatásfokot, azaz a jobb hőátadást (munkaközeg és a hőleadó csatorna falak). Az irodalmi forrásokkal egyezően a nanorészecskék adagolása már egészen kis koncentrációban is növelni képes a hőtranszportot a munkaközeg határrétegbeli effektív hővezetési tényezőjének növelésével. A nanorészecskéknek az egyes munkaközegekre gyakorolt kedvező hatását számos szerző megállapította [33]-[36]. A jelleggörbék tapasztalt megváltozásához a hővezetési tényező növekedés okozta hőátadási tényező növekedés mellett, az alkalmazott kis koncentrációk ellenére bekövetkező hőkapacitás változás is szerepet játszik. A 6. ábra egy állandó koncentráció melletti térfogatáram változtatás hatását mutatja a kollektor jelleggörbére. 6. ábra. Térfogatáram változtatás hatása a kollektor jelleggörbére 4. ábra. Vízzel és nanofolyadékkal nyert kollektor jelleggörbék különbsége Összefoglalás Méréseket végeztünk az irodalomban kedvező tulajdonságúnak bemutatott és mások által hőhordozó közegként nem alkalmazott cériumdioxid-víz nanofolyadékkal és annak hatását a napkollektorok hatásfok karakterisztikájára. A nanofolyadék alkalmazása kedvezőbb üzemeltetési körülményeket tesz lehetővé. Meg kell jegyezni, hogy a jelen cikkben nem tárgyalt kinematikai viszkozitás változás sajnos a kollektor áramlási ellenállásának növekedésével jár együtt, egyezően azzal, hogy a hőátadás intenzitás növelés többlet szivatytyúzási munka igényt eredményez. A szükséges azonos hasznosítható hőenergia eléréséhez ugyanakkor kisebb térfogatáram alkalmazásával és így kisebb szivattyúzási munka révén juthatunk a nanofolyadék alakalmazásával. A napkollektorok mellett számos egyéb esetben is kihasználható lehet a nanoadalékolt hőhordozók 50 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

53 Gróf Gy., M. A. Sharefeldin: Sík napkollektor hatásfoka CeO 2 -víz nano folyadék alkalmazása esetén kedvező hatása, az általános elterjedéshez azonban még számos, különösen a stabilitással kapcsolatos kérdés és az áramlási csatornák megfelelő (ülepedést csökkentő) kialakításának vizsgálata vár a kutatói közösségre. Irodalom [1] Said, Saidur, Sabiha, Hepbasli, Rahim: Energy and exergy efficiency of a flat plate solar collector using ph treated Al 2 O 3 nanofluid, Journal of Cleaner Production 112 (2016) [2] Yousefi, Veysia, Shojaeizadeh, Zinadini: An experimental investigation on the effect of Al 2 O 3 -H 2 O nanofluid on the efficiency of flat-plate solar collectors, Renewable Energy 39 (2012) [3] Goudarzi, Shojaeizadeh, Nejati: An experimental investigation on the simultaneous effect of CuO-H 2 O nanofluid and receiver helical pipe on the thermal efficiency of a cylindrical solar collector, Applied Thermal Engineering 73 (2014) [4] Moghadam, Farzane-Gord, Sajadi, Hoseyn-Zadeh: Effects of CuO/ water nanofluid on the efficiency of a flat-plate solar Collector, Experimental Thermal and Fluid Science 58 (2014) 9-14 [5] Faizal, Saidur, Mekhilef, Alim: Energy, economic and environmental analysis of metal oxides nanofluid for flat-plate solar collector, Energy Conversion and Management 76 (2013) [6] Faizal, Saidur, Mekhilef: Energy, economic, and environmental analysis of a flat-plate solarcollector operated with SiO 2 nanofluid, Clean Technology Environ Policy 17 (2015) [7] Mahian, Kianifar, Sahin, Wongwises: Entropy generation during Al2O3/water nanofluid flow in a solar collector: Effects of tube roughness, nanoparticle size, and different thermophysical models, International Journal of Heat and Mass Transfer 78 (2014) [8] Shojaeizadeh, Veysia, Kamandib: Exergy efficiency investigation and optimization of an Al2O3/water nanofluid based Flat-plate solar collector, Energy and Buildings 101 (2015) [9] He, Zeng, Wang: Experimental investigation on the efficiency of flatplate solar collectors with nanofluids, Applied Thermal Engineering 88 (2015) [10] Meibodi, Kianifar, Niazmand, Mahian, Wongwises: Experimental investigation on the thermal efficiency and performance characteristics of a flat plate solar collector using SiO 2 /EG water nanofluids, International Communications in Heat and Mass Transfer 65 (2015) [11] Jamal-Abad, Zamzamian, Imani, Mansouri: Experimental Study of the Performance of a Flat-Plate Collector Using Cu-Water Nanofluid, Journal of Thermophysics and Heat Transfer Vol. 27, No. 4 (2013), [12] Colangelo, Favale, Miglietta, Risi, Milanese, Laforgia: Experimental test of an innovative high concentration nanofluid solar collector, Applied Energy 154 (2015) [13] Sekhara, Sharmab, Karupparaj Chiranjeevi: Heat Transfer Enhancement with Al 2 O 3 Nanofluids and Twisted Tapes in a Pipe for Solar Thermal Applications, Procedia Engineering 64 (2013) [14] Faizal, Saidur, Mekhilef: Potential of Size Reduction of Flat-plate Solar Collectors When Applying Al 2 O 3 Nanofluid, Advanced Materials Research Vol. 832 (2014) [15] Faizal, Saidur, Mekhilef: Potential of size reduction of flat-plate solar collectors when applying MWCNT nanofluid, 4th International Conference on Energy and Environment 2013, 16, [16] Mahianm, Kianifar, Sahin, Wongwises: Heat Transfer, Pressure Drop, and Entropy Generation in a Solar Collector Using SiO 2 /Water Nanofluids: Effects of Nanoparticle Size and ph, ASME Journal of Heat Transfer 2015, (137) 1-9 [17] Mahianm, Kianifar, Sahin, Wongwises: Performance analysis of a mini channel-based solar collector using different nanofluids, Energy Conversion and Management 88 (2014) [18] Said, Sabiha, Saidur, Hepbasli, Rahim, Mekhilefand, Ward: Performance enhancement of a Flat Plate Solar collector using Titanium dioxide nanofluid and Polyethylene Glycol dispersant, Journal of Cleaner Production 92 (2015) [19] Michael, Iniyan: Performance of copper oxide/water nanofluid in a flat plate solar water heater under natural and forced circulations, Energy Conversion and Management 95 (2015) [20] Alima, Abdinb, Saidura, Hepbaslid, Khairula, Rahim: Analyses of entropy generation and pressure drop for a conventional flat plate solar collector using different types of metal oxide nanofluids, Energy and Buildings 66 (2013) [21] Polvongsri, Kiatsiriroat: Performance Analysis of Flat-plate Solar Collector having Silver Nano-Fluid as a Working Fluid, Heat Transfer Engineering 35 (2014) [22] Yousefi, Veysia, Shojaeizadeha, Zinadinib: An experimental investigation on the effect of Al 2 O 3 -H 2 O nanofluid on the efficiency of flat-plate solar collectors, Renewable Energy 39 (2012) [23] Said, Saidur, Sabiha, Rahim, Anisur: Thermophysical properties of Single Wall Carbon Nanotubes and its effect on exergy effciency of a flat plate solar collector, Solar Energy 115 (2015) [24] Noghrehabadi, Hajidavaloo, Moravej: Experimental investigation of efficiency of square flat-plate solar collector using SiO 2 /water nanofluid, Case Studies in Thermal Engineering 8 (2016) [25] Shojaeizadeh, Veysia, Yousefi, Davodi: An experimental investigation on the efficiency of a Flat-plate solar collector with binary working fluid: A case study of propylene glycol (PG)-water, Experimental Thermal and Fluid Science 53 (2014) [26] Shojaeizadeha, Veysia, Kamandib: Exergy Efficiency Investigation and Optimization of an Al 2 O 3 -Water Nanofluid Based Flat-plate Solar Collector, Energy and Buildings 101 (2015) [27] Chougule, Sahu, Pise: Thermal Performance of Two Phase Thermosyphon Flat-Plate Solar Collectors Using Nanofluid, Journal of Solar Energy Engineering 136 (2014) [28] Said, Sajid, Alim, Saidur, Rahim: Experimental investigation of the thermophysical properties of AL 2 O 3 -nanofluid and its effect on a flat plate solar collector, International Communications in Heat and Mass Transfer 48 (2013) [29] Munuswamy, Madhavan, Mohan: Comparison of the effects of Al 2 O 3 and CuO nanoparticles on the performance of a solar flat-plate collector, J. Non-Equilib. Thermodyn. 40 (4) (2015) [30] Tiwari, Ghosh, Sarkar: Heat transfer and pressure drop characteristics of CeO 2 /water nanofluid in plate heat exchanger, Applied Thermal Engineering 57 (2013) [31] ASHRAE Standard , Methods of testing to determine the thermal performance of solar collectors, Atlanta, GA, USA, 2003 [32] Mahbubul, Saidur, Amalina, Elcioglu, Okutucu-Ozyurt: Effective ultrasonication process for better colloidal dispersion of nanofluid, Ultrasonics Sonochemistry 26 (2015) [33] Zhang, Gu, Fujii: Effective thermal conductivity and thermal diffusivity of nanofluids containing spherical and cylindrical nanoparticles, J. Appl. Phys. 2006; [34] Zhou, Ni: Measurement of the specific heat capacity of water-based Al 2 O 3 nanofluid, Appl. Phys. Lett. 92 (093123) (2008) 1-3 [35] Chon, Kihm: Thermal conductivity enhancement of nanofluids by Browian motion, J Heat Transfer 2005; 127, 810 [36] Palabiyik, Musina, Witharana, Ding: Dispersion stability and thermal conductivity of propylene glycol-based nanofluids, J. Nanopart. Res. 13 (2011) ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 51

54 M E G Ú J U L Ó K Napraforgó növény hőtermelési hasznosításának költségvizsgálata Dr. Rácz Péter mezőgazdasági gépészmérnök, raczp@sze.hu Megítélésem szerint az energia árak alakulása folytán létjogosultsága lehet a napraforgó biomasszaként történő hasznosításának. Ebben a munkámban összehasonlítom a fűtőanyag költségek tekintetében az aprítékolt napraforgónövénnyel való fűtési technológiát a földgáz üzemű fűtéssel, a klasszikus vegyes tüzeléssel (hasított akácfa + fekete kőszén), valamint a keményfa brikettel üzemelő rendszerek költségeivel. * In my view sunflower chips can be used as biomass, especially when we take into account energy prices. In my work I compare gas heating system, classic mixed heating system (locust tree + coal), furthermore hardwood briquette heating system with combustion of sunflower chips according to energy prices. * * * A napraforgó géncentruma Észak-Amerika, ahonnan a XVIII. században került át Európába. Magyarországon az 1700-as évek végén kezdték termeszteni, először dísznövényként, utak, kukorica és burgonya táblák szegélyezésére vetettek néhány sort. A hibridek elterjedése és a teljes gépesítettség hatására ez a szemlélet mára teljesen megszűnt. Jelenleg a napraforgó az egyik legfontosabb ipari növényünk. Továbbá kutatási témák keretében foglalkoznak az összeaprított zöld növényből főzött tea gyógyhatásaival, valamint szépségápoló szereket is készítenek ebből a sokféleképpen hasznosítható növényből. A növény botanikai leírás szerint egyéves, lágy szárú növény, amelynek szárrészei idősebb korban elfásodnak. Magassága a törpenövéstől (40 cm) egészen 4 m-ig változhat. A hazai fajták általában 1,8-2,3 m magasak. A növénynek főgyökér-rendszere van. A hajtásrendszer erősen szőrözött, a lomblevél szórt állású, érdes szőrű, szív alakú. A dudvás szárat szivacsszerű növényi rész tölti ki. A virágzat fészekvirágzat, amely cm átmérőjű. A fészket rendszerint több sorban változatos alakú fészekpikkelyek veszik körül. A párta sárga, narancssárga színű. A bibe kétkaréjú, a csöves virágokban a portokok csővé nőttek össze. A virágzás június-júliusra esik, a beporzást főleg a méhek végzik. A termés egyszínű, esetleg csíkolt kaszat. Alakja hosszúkás tojásdad, a kaszatban foglal helyet a hártyás mag. A napraforgó termesztési feltételeire jellemző, hogy a középkötött talajokat kedveli, de a gyengébb termőképességűeken is megél. Kezdeti fejlődéséhez meleg és csapadékos időt kíván. A virágzáskor a párás meleg, az érés során az egyenletes száraz, napfényes idő kedvez a növénynek. A napraforgóval tehát szinte mindenféle gyengébb adottságú talaj is hasznosítható, de vigyázni kell arra, hogy vetésforgót igényel, önmaga után négy-öt éven belül nem szabad vetni. A napraforgó alá végezhető talaj- előkészítő munkák mindenben azonosak a kukorica talaj- előkészítésével. A kukoricatermesztésben alkalmazott gépek jól alkalmazhatóak a napraforgó termesztésénél is. A vetés idejük is időjárástól függően szinte azonos időszakra esik. A növény, kedvező feltételek között jól terem, a hazai termésátlaga szemtermést tekintve mintegy 2 tonna/ha. Anyag és módszer Napjainkban a napraforgóról, mint élelmiszeripari szempontból hasznosítható növényről beszélhetünk. Hazai vizsgálatok is folytak a sajtolási anyag, mint tüzelő anyag hasznosításáról. Az eddigi irodalmak a teljes napraforgó növény betakarítás utáni hasznosításáról nem tesznek említést. Meglátásom szerint viszont az energiaárak alakulásával megjelenhet a gyakorlatban a teljes 1. ábra. Napraforgó állomány [5] 2. ábra. Önjáró szecskázógép, sorfüggetlen adapterrel [11] 52 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

55 Rácz P.: Napraforgó növény hőtermelési hasznosításának költségvizsgálata 3. ábra. Napraforgó növényből készített apríték [saját kép] 4. ábra. Egy lehetséges változat a napraforgó apríték tárolására [12] napraforgó növény biomasszaként, azaz a hőtermelési célú hasznosítása, tüzeléssel. Ennek műszaki akadálya nincs, hiszen a hagyományos napraforgó termesztési technológia lényegében úgy módosulna, hogy a beérett teljes növény állomány egy menetben, járvaszecskázó géppel lenne betakarítva. Összehasonlításképpen ez a munkaművelet lényegesen kevesebb energia befektetést igényel, mint a nagy nedvességtartalmú silókukorica silózása. Továbbá a jelenleg használt kis és nagyüzemi gépeink is módosítás nélkül alkalmasak e feladat elvégzésére. Az így betakarított 2-4 cm hosszra aprítékolt növényi anyagból melyben a nagy olajtartalmú magvak is benne vannak egy viszonylag magas energia tartalmú tüzelőanyag lehet. Az ömlesztett anyag tárolására bármilyen, egyszerű kivitelű tároló megfelelő, hasonlóan a többi fajta apríték tárolókhoz, a fő feladata a csapadékvíz és a hó bejutásának megakadályozása és a megfelelő szellőzés biztosítása. Szabadban történő tárolása esetén számolni kell azzal a ténynyel, hogy a halom felső 10 cm es rétege rothadásnak indul, viszont a belső rész, ezáltal védve lesz az időjárás további hatásaitól, ezért az a rész épségben megmarad. A napraforgó apríték elégetése a jelenleg érvényes szabályozások alapján történhet apríték kazánokban, de a klasszikus háztartásokban üzemelő, hagyományos kialakítású, vegyes tüzelésű kazánokban is kivitelezhető. Komoly alternatívát jelenthet ez mind a háztartások mind pedig a hőerőművek számára is. Hiszen a kisebb földterületeken gazdálkodók is alacsony költségen meg tudnák termelni otthonuk és az egyéb gazdasági épületeik fűtéséhez szükséges fűtőanyag mennyiséget. A napjainkra kialakult földgáz árak miatt egyre több háztartás tért vissza a hagyományos kőszén fafűtésű rendszerekre. Az aprított napraforgó növénnyel történő fűtésnek viszont nagy előnye a fatüzeléssel szemben, hogy elmarad a kétkezi munkát igénylő fűrészelés, hasogatás, betárolás, hiszen teljes mértékben gépesíthető a teljes munkafolyamat. Az így készült apríték fűtőértéke viszont a légszáraz tűzifa fűtőértékét is megközelítheti. Megjegyzem, a biomassza tüzelés csak úgy jelent előnyt, ha az megfelelő minőségű tüzeléssel párosul, beleértve a szigorodó emissziós normák betartását is. Természetesen az ilyen módon betakarított napraforgó hőerőművekben villamos energiatermelésre is alkalmas lenne a magas fűtőérték miatt. A nagy tételben történő termesztés és betakarítás viszont pontosan kidolgozott logisztikát igényel. A szecskázással betakarított napraforgóból brikett vagy pellet is készíthető, ami kedvezően változtatja meg a tűztérbe juttatás és az tüzelés feltételeit. Ennek a technológiának viszont egy jelenlegi hátránya, hogy irreálisan magas a gépek beruházási költsége, ami az egész folyamatot kis és nagyüzemben egyaránt drágítaná. Tehát a gépek beruházási, üzemeltetési és amortizációs költsége a brikettálással, pelletálással nyert fűtőenergia többlet révén főleg a kis gazdaságok esetében nagyon soká térül meg. A fűtési célra termesztett napraforgó költségei Vizsgálatomat két lehetséges esetre végeztem el. Az egyik eset, ha néhány hektáros kis gazdaságban, az itt általában használatos gépekkel (41-75 kw motor teljesítmény) történik a termesztés. A másik eset, ha nagyobb gazdaságban, nagyobb és korszerűbb gépparkkal ( kw motor teljesítmény) történik a napraforgó biomassza előállítási céllal történő termesztése. A táblázatban közölt egyes talajművelési technológiákra vonatkozó összegek, bruttó árként értendők és az áfát tartalmazzák. [6] 1. táblázat. Egy hektár szecskázott napraforgó termelési költségei [3,4,6] Talajművelési technológia kis gazdaságban Költség (Ft/ha) nagyobb gazdaságban Szántás cm mélységben Szántás elmunkálás fogas + simító Kombinátorozás Szemenkénti vetés (műtrágya kijuttatással) vetőmag ár 0,25 t műtrágya ár Vegyszeres gyomirtás (vízszállítással) gyomirtószer ár Napraforgó betakarítása szecskázva (4 km-es távolságban történő szállítással) Összes költség A további számításaimhoz feltételeztem, hogy 3 t szemes napraforgó termett az egy hektár területen, ez a évi kb Ft/t felvásárlási áron számolva 300 eft bevételt tesz ki. ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 53

56 Rácz P.: Napraforgó növény hőtermelési hasznosításának költségvizsgálata Kisgazdaságban történő termesztés esetén a 300 eft bevételnek a 61%-a, a megtermelés költsége, továbbá az élelmezési célra termesztett napraforgó esetében a fenti számításhoz még plusz költségek járulnak hozzá, a kártevők elleni vegyszeres védekezés és a szárítás tekintetében. Tehát ez azt jelenti, hogy kis területen kisebb gépekkel gazdálkodóknál kb ezer Ft a nyereség élelmezési célra termesztett napraforgó esetében az egy hektár terülten. A nagyobb gazdaságban történő termesztés esetén a 300 ezer Ft bevételnek az 58%-át teszi ki a termelési költség, az élelmezési célra termesztett napraforgó esetében természetesen itt is jelentkeznek a fentiekben említett plusz költségek. Tehát a nagyobb területen nagyobb gépekkel gazdálkodóknál a nyereség mértéke kb. 100 ezer Ft az élelmezési célra termesztett napraforgónál. Eredmények, következtetések A fűtés technológiák összehasonlítását egy 140 m 2 alapterületű átlagos családi ház egy fűtési szezonra szükséges fűtőanyag beszerzési költségeinek meghatározására végeztem el, melyben a használati meleg vízellátás külön rendszerről történik. Mivel a magyarországi épületek túlnyomó többsége kwh/(m²év) közötti éves fűtési energiaigény értékkel üzemel [13], ezért ennél az épületnél a 220 kwh/(m²év) értéket vettem alapul. A lakásban a fűtés hagyományos kialakítású vegyes tüzelésű kazánnal is és gázkazánnal is történhet. A fűtési szezonra átlagosan napi 22 C belső hőmérséklettel kalkuláltam, déltől este nyolcig számítva a napi intenzív fűtési időtartamot. A külső hőmérséklet meghatározásánál az idei télen eddig rögzített adatokat vettem mérvadónak. Számításaimnál feltételeztem, hogy a teljes napraforgó növény szecskázásával az egy hektár területről 8 tonna fűtőanyagot sikerült betakarítani. A napraforgó aprítékkal történő fűtés költségének meghatározásánál a kisebb gazdaságban történő termelés adatait vettem alapul, mely a magasabb termelési költségeket tartalmazza [1. táblázat]. 2. táblázat. Az egyes fűtési technológiák költségeinek összehasonlítása [7,8,9,10,14] Fűtési technológia Vegyes tüzelés, szecskázott száraz napraforgó + hasított akácfa Fűtőanyag mennyiség 7 t + 2 t Bruttó beszerzési ár Ft/t Ft/t Összes beszerzési költség (Ft) Földgáz üzemű 3000 m Ft/ m Vegyes tüzelés, fekete kőszén + hasított akácfa Vegyes tüzelés, fa brikett 50% tölgy 50% bükk) 4 t + 2 t Ft/t Ft/t t Ft/t A táblázatban foglaltak alapján látszik, hogy a tüzelőanyag beszerzési költségek szempontjából a legdrágább fűtési mód a földgázfűtés. Szinte azonos költséggel rendelkezik a fa brikettel történő fűtés a fekete kőszénnel és hasított akácfával végzett fűtéssel. Végül a legolcsóbb alternatívát a szecskázott napraforgóból kapott biomasszával és némi hasított akácfával történő fűtési mód jelenti, egy a jelenlegi fűtőanyag beszerzési árakhoz képest is. Továbbá a 8 t megtermett aprítékból feltehetően csak 7 t mennyiségre lesz szükség az anyag becsült 4-5 kwh/kg-os fűtőértéke miatt, kiindulva a napraforgószár 3,75 kwh/kg értékéből, ami a 2. táblázatban feltüntetett fűtési költség további csökkenését eredményezheti. Egy másik megközelítésben, ha azt vizsgáljuk, hogy a gazdálkodó az élelmezési célra termesztett napraforgó értékesítésével nyert 100 ezer Ft-ot fekete kőszén, vagy brikett vásárlására költi, akkor azt tapasztaljuk, hogy a 2. táblázatban megadott beszerzési árakkal számolva kb. 1,6 t szenet, vagy 1,8 t keményfa brikettet tud ezért az összegért vásárolni. Földgáz üzemű fűtőberendezés esetén ez a 100 ezer Ft nyereség 714,28 m 3 földgáz árának felel meg. Ezek a fűtőanyag mennyiségek csak töredékét teszik ki egy a fenti paraméterekkel rendelkező családi ház éves szükségletének. Míg az egy hektáron megtermelt szecskázott száraz napraforgóból előálló biomassza némi tűzifa mennyiség mellett a fűtési szezon egészére elegendő tüzelőanyag mennyiséget biztosíthat még egy a fentinél gyengébb termésmennyiség esetén is. A napraforgó ilyen célú felhasználásával beléphet a tüzelőanyagoknak egy olyan csoportjába, mint a megújuló, mezőgazdasági eredetű, szilárd tüzelőanyagok csoportja. A későbbiekben indokolttá válhat olyan olcsóbb napraforgó fajták kikísérletezése, amelyek a teljes növény száraz betakarítása mellett, kifejezetten fűtési célra lesznek felhasználhatóak. E fajták termesztésével a gyengébb termőképességű talajok is jól hasznosíthatóvá válnának. A többi jelentősebb energianövény (energiafűz, miscanthus) kultúráknak a talajból való kiirtása komoly nehézségeket okoz, ez a napraforgó esetében elmarad, hiszen egy kialakult termelési technológiával rendelkező kultúrnövényünk. A szecskázott napraforgó energiájának tüzeléstechnikai szempontból történő hasznosításában véleményem szerint komoly lehetőség rejlik. Továbbá az ilyen és ehhez hasonló mezőgazdaságban előállítható tüzelőanyagok jövőbeni intenzív alkalmazása újabb kitörési lehetőségeket jelenthet az ágazat számára is. Ezt a tényt tovább fokozhatja az a jelenség, ha netán az elkövetkezendő időszakban az idei télhez hasonló hidegebb telek fognak soron következni. Abban az esetben, ha a hagyományos energiahordozók ára az eddiginél intenzívebben növekedne a jövőben, akkor a fentiekben bemutatott költség különbségek az egyes fűtési módok között még tovább fognak növekedni. Mindezen érvek mellett prioritást élvez a szecskázott napraforgóval történő fűtés környezetkímélő mivolta is. Hiszen az elégetésével nem növekszik az üvegházhatást kiváltó gázok koncentrációja, nem nő a föld légkörének CO 2 tartalma. Mert eme értékes növény ilyen célú felhasználásával a légkörbe bekerülő anyagok teljesen természetes eredetűek. Így az élő növényzet ezeket könnyen fel tudja venni és ismételten be tudja építeni saját szervezetébe, így válva folyamatosan megújuló energiává. Irodalom [1] Sembery, P. Tóth, L.: Hagyományos és megújuló energiák, Szaktudás Kiadó Ház, Budapest, (2004), o [2] Somogyi, L.: Aktív anyagok szerepe rozmaring ízesítésű napraforgó olajban, Doktori értekezés Budapest, (2008), o [3] [4] [5] [6] alakulnak iden a mezogazdasagi gepuzemletes varhato koltsegei [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] 54 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

57 K Ö R N Y E Z E T V É D E L E M A zöldülő Föld Reményi Károly az MTA rendes tagja, remeni1@fr .hu A légköri CO 2 koncentráció növekedés hatására a növényzet mennyisége általában az egész Földön növekedett. A szárazföldi C3-as növényeknél az emelt CO 2 koncentráció hatására megnövekszik a fotoszintetikus aktivitás és a szárazanyag produkció. Több növénynél csökken a vízfelhasználás. Növekszik az agrártermelés és javul az élelmiszerek minősége. A CO 2 koncentráció növekedésekor számos növénynek a pórusait kisebb mértékben kell nyitnia, így a vízveszteség ugyanannyi CO 2 abszorbció mellett kisebb lesz. * Rising carbon dioxide levels in the atmosphere have increased plant growth across the planet. Under elevated CO 2, C3 plants species show higher rates of photosynthesis, increased growth and decreased water use. Rising CO 2 is likely to affect both agricultural production and food quality. When CO 2 levels rise, plants don t need to open their stomata as much to absorb the same amount of CO 2. This also reduces the loss of water through the same pores. * * * A szén-dioxid és a környezet A nemzetközi és a hazai kutatásokban rendkívül sok értékes és jelentős eredmény található. Konkrét értékek vannak különböző természetes környezetben (pl. őserdők) és gazdálkodási körülmények között (pl. haszon-növények) élő növényekre. Föld nagyobb széntárolóira tájékoztató értékek: Légkör 750 Pg, Óceán Pg, Vegetáció 650 Pg, Kőzet Pg, Talaj 1500 Pg (Peta: ). A tárolók között intenzív szénforgalom van. Jelenleg csak a légköri CO 2 koncentráció és a fotoszintézissel létrejövő növényi tömeg alakulásával foglalkozunk. A fotoszintézis a levelekben játszódik le, de a növényzet minden elemének felépítésében és életében a karbon-vegyületek alapvető szerepet játszanak. A fotoszintézisben, egy biológiai folyamat során, az élőlényekben, napfényenergiával szervetlen anyagból szerves anyag jön létre. A fotoszintézis metabolizmus, amely lebontó (katabolikus) és felépítő (anabolikus) folyamatokból áll. A katabolikus folyamatban a fényenergia kémiai energiává alakul. Az anabolikus folyamat során a szén-dioxid megkötése (fixáció) történik, és ez szénforrása a növekedésnek, ez a sötét reakció. A fotoszintézis fény-szakaszában felhalmozott kémiai energia és redukáló képesség még más redukcióban és szerves molekulákba beépítésben is részt vehet (1. ábra). A karbon-ciklus leglényegesebb szakaszát az élővilágban találjuk. A szén mind a növényi, mind az állati és emberi test tömegének meghatározó része. A fejlődésünk is nagymértékben a rendelkezésre álló forrás mennyiségétől és minőségétől függ. Jelentős forrást jelent a légköri széndioxid a szárazföldet borító és a tengerekben élő növényzet számára, amelyek elsősorban a fotoszintézis folyamatával képesek azt hasznosítani. A növényvilág végtelen sokfélesége miatt a folyamatok rendkívül különbözőek lehetnek, különösen azok részleteikben. Csak néhány általános alapvető jellemző állapítható meg. Jelen esetben semmiképpen nem bocsátkozunk a részletek elemzésébe, csupán a kevés általánosítható megállapításra, és a Földre globálisan érvényesülő eredményre szorítkozhatunk. Számos, igen mélyreható elemzés található az irodalomban mind magyar, mind idegen nyelven. Teljes bizonyossággal megállapítható, hogy: a közelmúltban, és a viszonylag biztonsággal belátható jövő időtartamon belül a szén-dioxid koncentráció növekedett és növekedni fog, az említett időtartamon belül a szén-dioxid koncentráció növekedés mértéke a növényzeti termés mennyiségének növekedését eredményezi. Ezen általánosan érvényes megállapításokat és a Földre gyakorolt hatásokat a részletekbe való elmélyülés nélkül elemezzük. 1. ábra. Egy biológiai folyamatban létrejövő energiafolyam vázlata [1] A fotoszintézis fényreakcióiban (fényelnyelés, töltésszétválasztás, vízbontás, elektron-/protonszállítás) a redukció egyenértékű termékei jönnek létre, nevezetesen elektronok (e) és protonok (H + ) a széndioxidnak (CO 2 ) szénhidrogénné (jelképesen CH 2 O) és más szerves molekulákká való átalakításához (beleértve a biomasszát és az élelmiszereket is). Hasonló fotoszintetikus reakciók játszódtak le évmilliókkal ezelőtt a fosszilis tüzelőanyagok kialakulásakor. A szénhidrogének égésekor lényegében a fotoszintézis fordítottja történik, a napenergiából nyert energia szabadul fel. A Föld geológiai és környezeti változása során a vegetációban végbemenő folyamatokban, így a fotoszintézis folyamatában is, a környezethez való alkalmazkodás szüksége változásokat hozott. A molekuláris oxigén kibocsátásával és széndioxid megkötésével szerepet játszott a Föld jelenlegi légkörének kialakításában és egyensúlyának fenntartásában. A fotoszintézis folyamatainak megismerésével, a változást figyelembe véve, a növényeket a primer vegyületek szénatom száma alapján C3-as és C4-es növényekre csoportosítják. A C3-as növények a légköri széndioxidot Calvin-ciklus segítségével kötik meg, amelynek végterméke egy három szénatomos cukor. Ebbe a csoportba tartoznak a mérsékelt- és hidegégövi növények, a legtöbb gabona (búza, árpa, rizs), cukorrépa, bab, burgonya, napraforgó (a növények kb. 85%-a). A C4-es növények a széndioxidot a dikarbonsav-ciklusban kötik meg, amelynek a végterméke egy négy szénatomos cukor. Többnyire trópusi származású növények tartoznak ide, pl. cukornád, kukorica, cirok, köles, illetve a gyomnövények közül pl. kakaslábfű, libatop. [2] ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 55

58 Reményi K.: A zöldülő Föld A C 3 -as CO 2 -megkötés felfedezése Az 1940-es évek végén Calvin, Benson, Bassham és munkatársai fedezték fel a szén-dioxid megkötés folyamatainak útját és ezt nevezik Calvin-ciklusnak, illetve reduktív pentózfoszfát-ciklusnak (RPP), és a primer termék szénatom száma alapján a CO 2 megkötés C 3 -as útjának [3] A CO 2 -megkötés C 4 -es útja A CO 2 -megkötés C 4 -es útját az 1960-as években fedezték fel. A folyamat maga evolúciósan viszonylag új keletű. Az oxigént termelő fotoszintézis megjelenése jóval korábbi, kb. 3 milliárd évre tehető. A késő kréta időszakban jelentősen csökkent a légkör CO 2 tartalma és ekkor kezdődhetett el a C 4 -esek evolúciója több ágon. A C 4 -es út csak a zárvatermők között fordul elő. A növények többsége maradt C 3 -as. A további főbb okok a jobb víz- és nitrogénhasznosítás elérése, a Rubisco (ribulóz-1-5-biszfoszfát karboxiláz/oxigenáz) alacsony CO 2 affinitásának ellensúlyozása, az oxigén aktivitásának visszaszorítása, az időnkénti só stressz, valamint egyes klimatikus tényezőkkel (magas hőmérséklet, magas fényintenzitás) szembeni védekezés lehettek. Ezen tényezők okozta szelekciós nyomás különböző mértékű erőssége és kombinációja vezetett a polifiletikus C 4 evolúcióhoz, kb. 40-féle úton. Az összes zárvatermő faj csupán 3%-a C 4 -es. A C 4 -es növények inkább lágyszárúak vagy bokorszerűek. A fa termetű növények szinte kizárólag C 3 -ok. A C 4 -esek földrajzi eloszlása: a csökkenő szélességgel nő a C 4 -ek száma, 30 -kal északra, illetve délre az Egyenlítőtől dominálnak a fűféle C 4 -ek. A C 4 -es részvétel a Föld globális szerves anyag produkciójában az alacsony fajszám ellenére is kb %. A C 4 -es út lényegében egy igen hatékony, primer CO 2 -megkötési mechanizmus, amely a C 3 -as út elé épülve, elégségesen magas CO 2 koncentrációt biztosít a Calvin-ciklus számára. A levélben két foto-szintetizáló sejttípus van. Az egymásra épülő két CO 2 -megkötési lépés térben elkülönül. A CO 2 primer fixálását a foszforenolpiro szőlősav karboxiláz (PEPC) végzi és a folyamat termékei 4-szénatomos szerves savak. A C 4 -es növényekben szereplő enzimek a C 3 -ban is működnek csak más metabolikus szereppel és aktivitással. A C 4 -es út tehát nem alternatív útvonala a C 3 -as széndioxid aszszimilációnak, hanem annak egy kiegészítése. A C 4 -es út a széndioxid transzportálása révén, a nyalábhüvelyben, a széndioxid koncentráció magas lesz. A C 4 -es növények így nem kényszerülnek olyan gyakran kinyitni a sztómáikat, ezáltal csökkentik a párologtatást, és nem erősödik fel bennük a fotorespiráció sem. Emelt CO 2 -koncentráció hatására a szárazföldi C 3 -as növények fotoszintetikus aktivitása és a szárazanyag produkciója megnövekszik. Az 1982 óta gyűjtött klimatikus és műholdas adatok szerint a Földön a növények globális produktivitása 6%-kal nőtt, a legnagyobb emelkedést a trópusi ökoszisztémák mutatják. [4] A növekedés az egyik oka a felhőrétegek csökkenése is, ami a trópusokon erősebb fotoszintetikusan aktív sugárzást eredményezett. Különböző körülmények között végzett kísérletek szerint a C 3 -as növényeknél a légköri CO 2 -koncentráció megduplázása átlagosan mintegy 33%-os produkcióbeli növekedést eredményezhet. Ha ezeket a megfigyeléseket szántóföldi körülményekre vonatkoztatjuk, akkor mindez azt jelenti, hogy az egyéves C 3 -as növények szárazanyag produkciója az iparosodás kezdete óta mintegy 7,5-9%-kal növekedett. A lejátszódó folyamatoknál, tekintetbe kell venni, hogy a legtöbb növény számára a növekedéséhez optimális hőmérséklet létezik. A levél teljes fotoszintetikus aktivitását legjobban az intercellulárisok CO 2 koncentrációjának függvényében lehet vizsgálni (2. ábra). 2. ábra. A fotoszintetikus aktivitás változása az intercelluláris CO 2- koncentráció (parciális nyomás) függvényében a C 4-es, és a C 3-as növénynél [4] A görbékre jellemző a CO 2 kompenzációs pont, ahol a nettó CO 2 - beépülés zérus, jelezvén a fotoszintézis és a légzés egyensúlyát, hasonlatosan a fény kompenzációs ponthoz. A CO 2 -asszimiláció és a Pc i (internal partial pressure for CO 2 ) kapcsolatának vizsgálata számos következtetésre ad lehetőséget: A C 4 -es növényekben a fotoszintetikus produkció már kb. 15 Pa CO 2 parciális nyomásnál telítést mutat, ami tükrözi a hatékony CO 2 -megkötési mechanizmust, C 3 -as növényekben az emelkedő ci szint széles tartományban növeli a CO 2 -megkötés hatékonyságát, A korábbi geológiai korokban, mikor az atmoszférikus CO 2 - koncentráció a mainál jóval magasabb volt, a C 3 -as növények leveleiben a Pc i érték is jóval magasabb volt és ez magas fotoszintetikus hatékonyságot eredményezett. A mai viszonyok mellett, amikor a C 3 -as fotoszintézis jellegzetesen CO 2 -korlátozott, a földi szerves produkciónak még mindig közel 70%-át adják. A C 4 -es fotoszintézis evolúciója viszonylag fiatal. Ezt az adaptációs mechanizmust a globális CO 2 -koncentráció csökkenés válthatta ki a legmelegebb területeken, különös tekintettel az emelkedő fotorespirációs veszteségekre és a csökkenő Pc i -re. A növényeknek lehetősége van egy kedvezőbb vízgazdálkodásra a meleg környezetben, azaz nem kell teljesen nyitott sztómák mellett magas CO 2 diffúziós gradienst fenntartani. Energetikai szempontból a C 4 fotoszintézis kevésbé gazdaságosan használja fel a fényenergiát a két fixálási lépés több ATP-t igényel összességében ezért ez a fő oka annak, hogy a legtöbb árnyék-adaptált növény C 3 -as [4]. 3. ábra. Az atmoszférikus CO 2 szint és a nappali, vegetációs periódusbeli hőmérséklet összefüggése a C 3-as és a C 4-es növények elterjedtsége szempontjából [4] 56 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

59 Reményi K.: A zöldülő Föld A 3. ábra görbéiből kitűnik, hogy egy adott CO 2 -szint mellett a C 4 - es növények mindig a melegebb éghajlatú területeket foglalják el. A légköri CO 2 -koncentráció emelkedése ugyanakkor a C 3 -as fotoszintézis térnyerésének kedvez. A fotoszintézis és az energetika A fotoszintézisben kis energiatartalmú szervetlen vegyületek (széndioxid és víz) nagyobb energiatartalmú szerves vegyületek szintézise révén megkötik és raktározzák a fény sugárzási energiáját. A fotoszintézis energetikai mérlege 1 6 CO 2 + H 2O C 6 H 12 O 6 ΔG = 2870 kj/mol környezeti feltételek jelentenek. Az egyik legjobb hatásfokú növény a cukornád, amely az éves látható sugárzást tekintve kb. 1% hatásfokot ér el. A gyakorlat számára legfontosabb növények éves konverziós hatásfoka 0,1-0,4% (kukorica, búza, rizs, burgonya, szója stb.). Ezek az értéket azért alacsonyak, mert a növények fotoszintézise hatékony és bonyolultan szervezett szabályozási folyamatokkal védi meg a nővényeket a fény káros hatásaitól [6]. A vízbontás során (fotolízis) fotoszintetikus oxigén is képződik, és a vízből származó elektronok pótolják a fény által a reakciócentrumból kilökő elektronokat. A fényenergia az első lépésben a pigmentek π-elektronfelhőjében egy-egy elektron kinetikai energiáját növeli, majd a reakciócentrumban a gerjesztett elektronok a primer elektron akceptort redukálva primer redukáló erőt hoznak létre (4. ábra) [8]. Az úgynevezett légzés során energia-felszabadítás történik, aminek az egyenlete a fotoszintézis egyenlete ellenkező irányban: C 6 H 12 O 6 + O 2 6 CO H 2O ΔG = 2870kJ/mol A két alapfolyamat a reakcióláncban szorosan kapcsolódva megy végbe. A megkötött fényenergia segítségével keletkező redukáló erő és a keletkezett termékek mellett a víz oxigénje is felszabadul. Ezek a fotoszintézis fényreakciók energiaigényesek. A redukált termékek segítségével enzimreakciók során keresztül a szén-dioxid redukálódik, és szénhidrátok keletkeznek. A fényenergia szerves vegyületek kémiai kötéseiben raktározódik. Ezek egy része a légzés során oxidálódik. Egy CO 2 molekula redukciójához glukóz szintre +478 kj/mol szabad energiára van szükség. A glukóz hat szénatomos cukor, gyakran a fotoszintézis közbenső terméke, így a nettó egyenlet alapján a glukóz szintéziséhez szükséges szabad energia: kj/mol. Elméletileg minden oxigénmolekula kibocsátáshoz a fotoszintézisben minimálisan 8 kvantum szükséges. A mérések szerint az algáknál minden oxigénmolekula 8-10 fotont igényel (gyenge fény). A fotoszintézis energiaátalakítási hatásfokát számítani lehet (az abszorbeált fényenergia átalakul szénhidrátban tárolt vegyi energiává). Ha 8 vörös kvantumot abszorbeál (8 vörös foton egyenértékű 1400 kj), és ha a CO 2 molekula redukálódik (480 kj/mol), a szénredukciónak az elméleti maximuma 34%. Egy 6000 K hőmérsékletű sugárzási spektrum energiájában a rész-spektrumok energiájának megoszlása: a vörös 14,6% és a kék 8,6%, így a kettő kb. 23,2%-ot képvisel az összes energiából [5]. Ebből a vörös 34%-os és a kék 19%-os elméleti fotoszintézis hatásfokok esetén a vörös 4,96%-ot, a kék 1,64%-ot hasznosít, tehát az összes hasznosulás kb. 6,6%. A valóságban optimális feltételek mellett a növények fotoszintézis elméleti energiaátalakítása is csak annak 90%-át éri el. Mivel normális körülmények között a karboxiláz és oxigenáz működések aránya 3:1, három molekula ribulóz-difoszfát karboxilázálása és egy molekula oxidációja = 2163 kj energia befektetést igényel 2,5 molekula CO 2 tényleges megkötéséhez. Így a fotorespiráció az egy mól CO 2 beépítéséhez szükséges energiamennyiséget 521 kj-ról 867 kj-ra növeli, tehát a fotoszintetikus CO 2 fixáció termodinamikai hatásfokát 90%-ról (467/521 = 0,90) 54%-ra csökkenti (467/867 = 0,54). Normál növényi feltételek mellett az átalakítási hatásfok ettől messze van. Korlátokat biokémiai és 1 A számértékek között a különböző irodalmakban kisebb eltérések találhatók. 4. ábra. Fotoszintézis vázlata (ATP, adenozin-5 -trifoszfát enzim a kulcsa a fotoszintézis mechanizmusának) A fotoszintézis szempontjából két fontos tényező, a fény intenzitása és/vagy a CO 2 aktuális koncentrációja az optimálistól eltérve, lehet limitáló, vagy kerülhet túlsúlyba. A növények különböző módon és szinteken képesek alkalmazkodni (adaptálódni fenotípusosan, illetve akklimatizálódni genotípusosan) az eltérő, illetve változó fényviszonyokhoz, az emelkedő/csökkenő CO 2 koncentrációhoz, a hőmérséklet, illetve a vízviszonyok változásához. A fényintenzitás hatása a fotoszintézisre A növény levélfelületre érő fényenergiának nagyobbik részét elnyeli, egy részét visszaveri, más részét átereszti. Az arányok fajonként, illetve a levelek fejlődési állapotával jelentősen változhatnak. Az elnyelt energiának is csak nagyon kis része hasznosul, legnagyobb része főleg hőenergiában elvész. Kis fényintenzitásnál a megkötött szén-dioxid mennyiségnél a légzés során termelt szén-dioxid mennyisége nagyobb lehet. Egy adott hőmérsékleten a fejlődött és a megkötött szén-dioxid mennyisége megegyezik, ezt fénykompenzálási pontnak nevezik. A fényintenzitás emelkedésével a megkötött szén-dioxid mennyisége a fejlődöttét meghaladja [8]. Teljes napfénynek kitett ( lx, 2000 µmol foton m -2 s -1 ) normális zöld levélben minden klorofill kb. 50 fotont nyel el másodpercenként. A szén-dioxid koncentráció szerepe Zárt térben a fotoszintézis intenzitása a szén-dioxid koncentráció csökkenése miatt erősen csökken. Már 15-20%-os csökkenés jelentősen fékezi a fotoszintézist. A természetben a légköri CO 2 koncentráció csak lassan változik, hatása rövidtávon nem jelentős. A talajban létrejöhetnek nagyobb koncentráció-változások, ekkor a CO 2 kiáramlás segíti a növények alsó leveleiben a fotoszintézist. A szén-dioxidkoncentráció növekedésének hatása az irodalom szerint csak egy bizonyos határig érvényesül, majd mérgezésként ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 57

60 Reményi K.: A zöldülő Föld A teljes sugárzásból csak a két részspektrum részaránya hasznosul, ami a teljes energiának kis része. A hasznosulás összhatásfoka alacsony, amire közelítő számítással tájékoztató értéket kaphatunk. Diszkrét energiaátadás esetén E adagokban történik az energiaátadás. A példánál egy 6000 K hőmérsékletű sugárforrás spektrumát vesszük figyelembe [5]. A teljes spektrumból a vörös (140 nm sáv) és a kék (60 nm sáv) spektrumból hasznosított rész 23,2%. A fény részarányoknál a fotoszintézis hatásfokokat (34% és 19%) is figyelembe véve az eredő hatásfok: η = 6,6%. Fény (sugárzási sáv 400 nm) esetén a fény részspektrumból hasznosított rész 48,6%, a fénytartományt véve figyelembe az eredő hatásfok: η = 13,4%. 5. ábra. A szén-dioxid koncentráció és a fényintenzitás hatása a fotoszintézisre hat a fejlődésre. Ez a határ azonban olyan magas érték, amellyel a távoli jövőig sem érdemes foglalkozni, csak a közép-jövőben számba jöhető értékeket vesszük figyelembe. A mérgezés kezdetét jelentő értékek többször előfordultak a Föld történetében, de érdemi elemzéssel nem rendelkezünk [9]. A napenergia tárolási lehetősége A napenergia tárolásának egyik legjelentősebb lehetőségét a vegetáció jelenti. A vegetációval a légköri szén-dioxid megkötésére az előzőkben részletezett fotoszintézis révén nyílik lehetőség. Az utóbbi években létrejött széndioxid koncentráció változásának szemléltetésére legáltalánosabban a Mauna Loa állomás adatait használják (7. ábra) [10]. 6. ábra. A szén-dioxidkoncentráció hatása a növények növekedésére Az asszimilált szén-dioxid mennyisége jelentősen függ a fényintenzitástól és kb. 0,15 térfogatszázalékig (~ 1500 ppm) a CO 2 koncentrációtól nagyon erősen változik, majd telítési jelenség lép fel. A fotoszintézis tehát egy energia-fejlesztő és tároló rendszert alkot: napfény víz és CO 2 (5. ábra) [8]. A folyamat hatékonyságát két tényező befolyásolja. A fotoszintézis organizmusa a napsugárzás minden látható hullámhosszán elvileg lehet hatékony fényenergia csapda, alkalmas a víz bontására és a CO 2 redukcióra, de minden hullámhossz-tartománynál a vörös tartománnyal egyenértékű alapon kell a hatékonyságot számítani. A nagyobb energiájú fotonok belső konverzió révén keletkezett hő miatt leértékelődnek a vörös foton 1,8 ev szintjére. Minden CO 2 redukálásra felhasznált elektron/proton vízből való kinyeréséhez két vörös foton energiája szükséges. Ez sorozatban valósul meg a két foto-rendszerben (PS). A foto-rendszer II-ben (PS II) a fényenergiával elektron/proton vízből való kinyerése történik, a foto-rendszer I (PS I) fényt felvéve további energiát ad a PS II elektron/proton-nak, hogy a CO 2 molekula beépülési folyamata végbemenjen. Így a fotoszintézisben összesen nyolc vörös foton szükséges egy oxigénmolekula felszabadításához, illetve a CO 2 molekula beépüléséhez. A jellegzetes termék a glükóz (C 6 H 12 O 6 ). Egy molekula glükóz keletkezéséhez 48 vörös foton /680nm) szükséges. A rövidebb hullámhosszakon (pl. kék fény) energia értékcsökkenés lép fel. A növények légzése és különböző belső folyamatok miatt a fotoszintézis várható hatékonysága, mint láttuk 4-6%. Ténylegesen 1%-ot sem igen éri el. 7. ábra. A légköri szén-dioxidkoncentráció változása 1960-tól [10] A széndioxidnak a vegetációra gyakorolt hatását mind kutatási, mind természeti körülmények között különböző módszerekkel vizsgálják. A laboratóriumban főbb környezeti paraméterek pontosabban beállíthatók, mint a szabadtéri körülmények, de a globális világ sokszínűségét korántsem lehet megközelíteni. Ezért igen fontosak azok a kezdeményezések, amelyek a felszíni vegetáció képén és struktúráján végzett elemzésekkel állapítják meg a CO 2 hatást. A Föld zöldülése Az 8. ábra azt mutatja, hogy között a szén-dioxid okozza a zöldülési hatás 70 százalékát. A földön a terület átlagos zöld lefedettsége 32%. A Föld szárazföld negyedén felén az utóbbi 35 évben egyértelműen jelentős zöldülés tapasztalható nagyrészt az atmoszférikus széndioxid koncentráció növekedés hatására (Nature Climate Change on April 25). A tanulmányt nyolc ország 24 intézetének 32 szerzője készítette, köztük a NASA MRIS, NOAA AVHRR stb. A 8. ábra több cikkben publikálásra került [11]. A zöldülést értékelő modell szerint a Föld növényzettel való fedettsége 18 millió négyzetkilométerrel nőtt elsősorban a CO 2 táplálásnak betudhatóan. A zöldülést a víz karbon ciklus változásai 58 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

61 Reményi K.: A zöldülő Föld 8. ábra. A Föld zöldülése évek között 9. ábra. Szabadtéri széndioxiddal dúsított kísérleti állomás a növények növekedésének tanulmányozására különböző légköri széndioxid koncentráció mellett (Courtesy of David F. Karnosky) okozták. Az adatok a Nature Climate Change folyóiratból, Z. Zhu, a Pekingi egyetem oktatóinak tanulmányából valók [12]. A Föld egészének zöldülésiében a karbon trágyázás az uralkodó folyamat, különösen a trópusok nagy levéltömegénél. A szén-dioxid hatásának biztonságosabb megítélésére szabadtéri kísérleti lehetőséget teremtettek (Free-Air Carbon dioxide Enrichment, FACE), ahol füstöléssel növelve a széndioxid koncentrációt volt lehetőség a növényzetre gyakorolt hatást tanulmányozni [13]. A CO 2 hatást a fotoszintézis típusa határozza meg. A növények 90%-ánál C 3 típusú folyamat játszódik le. Egyéb fajok esetén akár két különálló folyamat fiziológiai nevén C 4 és CAM fotoszintézis. C 4 növények közé tartozik a legtöbb trópusi és szubtrópusi fű és néhány fontos növény, köztük a kukorica, cukornád, cirok és a köles. A fotoszintézis és a pórusok (sztóma) viselkedése alapvető a növények szén és víz anyagcsere folyamatában. A nagyobb CO 2 koncentráció mellett a növények fiziológiájában számos másodlagos hatás is érvényesül. A széndioxid koncentráció szerepe alapvető a pórusok (sztóma) nyitása szempontjából, mert ez szabályozza a külső természettel való gázcsere folyamatot és ezzel a vízfelhasználást is. Kísérletekben a CO 2 koncentrációnak ppm-re növelésekor a levelek fotoszintézise átlagosan 40%-kal nőtt. A föld feletti szárazanyag termelés 17%- kal, a földalatti több mint 30%-kal nőtt. A betakarítható termés búza, rizs és szója esetében 12-4%-kal volt nagyobb. A vízfelhasználás 22%-kal csökkent. Irodalom [1] James, B. and Tran, P. D.: From natural to artificial photosynthesis, Journal of Royal Society Interface, vol.10, issue 8, 30th January, 2013, A.N: , [2] Harnos Zsolt, Gaál Márta, Hufnagel Levente: Klímaváltozásról mindenkinek Budapesti Corvinus Egyetem, Kertészettudományi Kar, 2008 [3] A szén-dioxid megkötése és redukciója: elte.prompt.hu/sites/ default/files/tananyagok/.../ch03s06.html [4] Tuba Zoltán: Emelkedő légköri CO 2 koncentráció hatása a növényközösségek összetételére, szerkezetére és produkciójára, MTA- SZIE Növényökológiai Tanszéki Kutatócsoportja, Növénytani és Növényélettani Tanszék, Mezőgazdaság- és Környezettudományi Kar, Szent István Egyetem, Gödöllő, [5] Nyitrai Miklós: Biofizika 1. A kvantumelmélet kísérletes háttere, Pécsi Tudományegyetem ÁOK Biofizikai Intézet, Pécs, biofizika.aok.pte.hu/tantargyak/files/.../biofizika1_ _19.pdf [6] Hideg Éva: Lektori észrevételek, Pécsi Tudományegyetem T. K. B. I. Pécs [7] Tamás András: A légkör emelkedő szén-dioxid koncentrációjának hatása a növénytermesztésre, Debreceni Egyetem, Mezőgazdaság- Élelmiszer-tudományi és Környezetgazdálkodási Kar, Földhasznosítási Műszaki és Területfejlesztési Intézet, Debrecen www. agr.unideb.hu/acta/download/301/ [8] Pethő Menyhért: A növényélettan alapjai, Akadémiai Kiadó, Budapest uploads/a_novenyelettan_alapjai_rovid.pdf [9] Széndioxid. [10] Full Mauna Loa CO-NOAA Earth System Research Laboratory, Monthly mean atmospheric carbon dioxide at Mauna Loa Observatory, Hawaii full.html [11] Carbon Dioxide Fertilization Greening Earth, Study Finds NASA, (letöltve: ápr. 26.) [12] Salleh, A.: Earth getting greener due to rising carbon dioxide levels, global snapshot shows, ABC Science, Updated 26 Apr, 2016 [13] Daniel R.: Nature Education Effects of Rising Atmospheric Concentrations of Carbon Dioxide on Plants Taub, Biology Department, Southwestern University 2010 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 59

62 K Ö R N Y E Z E T V É D E L E M A klímaváltozás és a fosszilis tüzelőanyagok Szilágyi Zsombor mérnök; drszilagyizsombor@fre .hu Naponta láthatjuk a televízióban a klímaváltozás súlyos következményeit: sivatagosodás, extrém időjárási jelenségek, a jég olvadása a sarkvidékeken, emberek elvándorlása a lakhatatlan, sivatagosodó területekről. Egyértelműen bizonyították már, hogy a klímaváltozás oka a légkörbe kerülő káros gázok, mindenek előtt a széndioxid. Le kell szorítani a széndioxid kibocsátást; ezt elismeri a világ minden országa. Nem lesz ez könnyű feladat, a világ fosszilis tüzelőanyag felhasználását nézve. A világ primer energiahordozó felhasználása évben 13080,5 millió tonna olaj egyenérték volt [1]. Az elmúlt években folyamatosan nőtt, és további növekedés várható a következő évtizedekben is (mértékegység: Mtoe): kőolaj 3161,2 3291,3 3581,9 4293,4 4838,8 5115,1 földgáz 1767,7 1924,8 2181,6 3160,2 3874,1 4428,1 szén 2233,3 2257,7 2369,4 3794,8 4101,3 4271,8 nukleáris 453,1 525,9 584,3 589,8 788,4 859,2 vízenergia 489,5 562,7 602,3 887,8 1191,7 1273,8 megújulók 28,6 37,4 51,8 354,6 827,7 1359,4 összesen 8133,3 8598,8 9371, , , ,3 A fosszilis energiahordozók 2015-ben a primer energiafelhasználás 86%-át adták re ez az arány 80%-ra csökken úgy, hogy mindhárom fosszilis energiahordozó felhasználása nő. Örömmel láthatjuk, hogy a legdinamikusabb növekedés a megújuló energiahordozók (beleértve a vízenergiát is) területén várható, de még 2035-ben sem lesz a világ meghatározó energiahordozója. A világ energia igényének növekedését a jövőben tudomásul tudjuk venni, mert a Föld lakossága elég gyorsan nő, és a közlekedés, világítás, fűtés-hűtés energia igénye az eddig szerény fogyasztású térségekben is erősödik. Nő a lakosság életszínvonala is, ez újabb energia felhasználó berendezések használatában is megjelenik. Bár az egész világon sokat teszünk az energia hatékonyság növelésére, azért sok térségben még először az állandó, biztonságos energia ellátást kell megoldani. Nézzük a világ öt legnagyobb energiafogyasztó országában a fosszilis energiahordozók felhasználását 2015-ben (Mtoe) [2]: kőolaj szén földgáz összes primer Kína 559,7 1920,4 177,6 3014,0 USA 851,6 396,3 713,6 2280,6 India 195,5 407,2 45,5 700,5 Oroszország 143,0 88,7 352,3 666,8 Japán 189,6 119,4 102,1 448,5 A fenti országok mindenek előtt saját energiahordozó termelésükre támaszkodnak, kivéve Japánt. Oroszországot kivéve jelentős energiahordozó importjuk is van. Kína, USA, Oroszország fosszilis termelése jelentős, ezek felhasználására a hazai ipari háttér kiváló. Oroszország gazdasága a szénhidrogének minél nagyobb exportjára is berendezkedett. Ugyanezek az országok a világ legnagyobb széndioxid kibocsátói is. Amíg ezeket az országokat nem sikerült a klímavédelmi törekvések mellé állítani, addig mondhatni felesleges erőfeszítés volt a világ többi országának programja meghozta az áttörést, a párizsi ENSZ klíma konferencián ezek az országok is elfogadták a széndioxid emisszió csökkentési programot. A széndioxid a legnagyobb tömegű légkörbe kerülő káros anyag a fosszilis tüzelőanyagok égetésekor. A legtisztábbnak tekinthető földgáz égéstermékében is vannak még további szennyező anyagok: elégetlen metán, szénmonoxid, szén (korom) és nitrogénoxid is. Az égéstermék vízgőz és széndioxid tartalma pedig legtöbbször szénsavként hullik vissza a földre. A légkörbe kerülő metán üvegház hatása 21-szer nagyobb, mint a széndioxidé. Most a Föld légkörének átlagos széndioxid tartalma 365 ppm körül van, a metán tartalom 1,72 ppm. A metán légkörbe kerüléséért nagyobb részt a tenyésztett állatvilág (kérődzők) felelősek, de az ember is a felfokozott földgáz felhasználás során keletkező szivárgásokkal, vagy a települési szilárd hulladék lerakókból, szennyvíztisztítókból kilépő metánnal. A kőolaj és a szén tüzelésekor szilárd szennyező és mérgező anyagok is kerülnek a levegőbe. A széndioxid emisszió mérséklése, a fosszilis tüzelőanyagok használatának visszafogása azonban csak az egyik fontos eleme a Föld klímája megóvásának. Legalább azonos értékű az abszolút energia felhasználás csökkentése: az energia felhasználó eszközök hatásfokának növelése, új energia termelő eljárások fejlesztése, és az emberi tudatosság növelése. Az EU indította a széndioxid emisszió elleni harcot mintegy tizenöt évvel ezelőtt. Ennek egyik lépése volt a széndioxid kvóta rendszer és a hozzá kapcsolódó CO 2 kereskedelem. Ezt a környezetvédelmi lépést egyszerűen kudarcnak tekinthetjük ben Párizsban 21 ország vett részt az ENSZ Éghajlatvédelmi Keretegyezménye megvitatásán és elfogadásán. Már ekkor elhatározták, hogy a légkör átlag hőmérsékletének emelkedését 2 C alatt kellene tartani. A résztvevő országok azonban csak 20 millió dollárt szavaztak meg a program teljesítésére: meteorológiai előjelző rendszerek, öntözési rendszerek, ivóvízhez hozzáférési projektek megvalósítására. Ez az összeg csak jelképesnek tekinthető. A kínaiak ezen a konferencián a felmelegedéshez alkalmazkodást tekintették reális programnak, de az amerikaiak sem vállaltak semmi komolyabb erőfeszítést a széndioxid kibocsátás mérséklésére. Bár között mintegy 70%-kal nőtt a világban a megújulók használatára fordított pénz, és a fejlődő országokban is indultak különböző léptékű projektek, komoly előrehaladásról egyik ország sem tudott beszámolni. Már 2015-ben felmerült annak a lehetősége, hogy 2050 előtt a legtöbb országban reális az áramtermelés egészének megújuló energiahordozókra átállítása. Ebben a becslésben a nukleáris energia kiváltásáról nem volt szó. Éppen Európában nyert bizonyítást, hogy a fosszilis energiahordozók helyett reális program megújulókat használni. Az eddigi ered- 60 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

63 Szilágyi Zs.: A klímaváltozás és a fosszilis tüzelőanyagok mények alapján már látszik, hogy a megújulók használatát az egyes országokban a földrajzi adottságok alapján lehet fontossági sorrendbe állítani. A tengerparti országokban a szél-, a dél-európai országokban a napenergia, a közép-európai államokban a biomassza játszhatja a fő szerepet. A vízenergia hasznosítás Európában már sok újabb eredményt nem hozhat. Bebizonyosodott, hogy a megújuló energiahordozókra áttérés olyan beruházásokat igényel, amelyek általában nem térülnek meg tíz éven belül. Állami támogatás nélkül a megújulóra átállási programok nagyon lassan haladnak. A Bloomberg New Energy Finance mutatja be, hogy az ipari léptékű fotovoltaikus energia termelés 58 USD/MWh, a szélenergia hasznosítás 37 USD/MWh szinten áll. Az összes pénzügyi nehézség ellenére most évente mintegy 70 milliárd dollárt fektetnek be tiszta technológiákba a világon. Németország az európai klímavédelmi programok zászlóshajója ben a megújulók részaránya 5,8% volt, ezt 2020-ra 18%-ra tervezik emelni [4]. A német kormány elfogadta a Climate Protection Plan 2050 programot [3]. A program kiemelt feladatai: a fosszilis erőművek termelését 2030-ig felére kell csökkenteni 2030-ig a szél- és naperőművek teljesítménye duplázódjon meg a megújulók fedezzék az ország energia igényének 70%-át 2035-ig a közlekedés károsanyag kibocsátását 45%-kal, az ipari kibocsátást 25%-kal kell csökkenteni 2030-ig. Hozzátehetjük még ehhez a programhoz azt a korábbi elhatározást, hogy 2020-ig a nukleáris erőműveket le akarják állítani. Néhány megjegyzést lehet fűzni ehhez a markáns programhoz: Németország szénben gazdag, a szénerőművek a német áramtermelés alapjai voltak még tíz évvel ezelőtt is; a szénbányák és a szenes erőművek leállítása merész elhatározás a szél- és naperőmű telepítésekben hatalmasat léptek előre (2015-ben mintegy 10%-kal nőtt a beépített kapacitás), ban voltak olyan napok, amikor a szél- és naperőművek az ország teljes villamos teljesítmény igényét fedezték Németországban erős megújuló hasznosítási iparágak fejlődtek, az iparági lobbi Németország után elkezdte az egész EU-t nagyobb megújuló hasznosításra ösztönözni a környezetbarát járműgyártásban is nagy előrelépés volt, bár éppen a közelmúltban hallottunk bizonyos visszaélésekről is Németország energia igényének mintegy 7%-át termelik nukleáris erőművekben. Ennek helyettesítése akár csak megújuló forrásokból származó villamos energiával nem látszik hatalmas produkciónak. Ugyanakkor az első leállított atomerőművek felszámolásának hatalmas költségeiről is hallhatunk a szél- és naperőművek területileg nem egyenletesen oszlanak el az ország területén, a villamos áramot szállítani kell. A meglévő villamos hálózatot igen nagy léptékben fejleszteni kell. Ehhez a feladathoz tartozik a felesleges kapacitások exportjához szükséges villamos hálózat építése is ben 652 TWh elektromos energiát termeltek, amelyből 50 TWh-t exportálni kellett. Európában a megújulók használata és a klímavédelmi törekvések szorosan kapcsolódnak. Egész iparágak álltak rá a klímavédelmi törekvések teljesítéséhez szükséges fejlesztésekre: a közlekedésben a magasabb hatásfokú járművek terjednek, a villamos hajtás alkalmazásának eredményei már látható a járműparkon, szigorítják a járművek károsanyag kibocsátásának követelmény rendszerét. szigorítják az erőművek füstgáz kibocsátására vonatkozó követelményeket, nálunk is vannak ennek eredményei. minden háztartási villamos készülékre kiterjesztik a hatékonysági minősítés követelményét. a gáz fűtőkészülékek területén is lépéseket tettünk a magasabb hatásfok felé a kondenzációs készülékekre átállással Számtalan tennivaló van még itthon is: 2020-ig a megújuló használat arányát a évi 4,3%-ról 14,65%-ra kell emelni. Jó lenne, ha ezt a szintet nem kizárólag a biomassza tüzelés továbbterjesztésével érnénk el. A szélerőművek telepítésének ösztönzőit úgy alakította át a kormány, hogy újabb erőművek nem épülnek. A háztartási naperőművek telepítése elég jó ütemben halad, a fogyasztók önerejéből. Jó lenne, ha az ad-vesz szerződések feltételei és árai jobban ösztönöznék ezt a programot. A magyar villamos hálózat nincs felkészülve néhány tucat MW új naperőmű telepítésére. Az állami támogatások rendszere nehezen tervezhető, mértéke pedig szerény. A paksi atomerőmű bővítés/csere és a megújulók használatának bővítése bizonyos időszakokban nem látszik egyeztetettnek. A megújulók terjesztésének programjához nehezen illeszthető az új mélyművelésű szénbánya nyitás, a lakossági széntüzelés elősegítése és az új szenes erőmű terve. [1] BP Energy Outlook projections to [2] BP Statistical Review of Worlkd Energy June 2016 [3] Reuters, azaramara.blog.hu [4] European Commission: Renewable energy progress report SWD (2013) Brussels Pályázati források fenntartható települések és közlekedés fejlesztésére A Terület- és Településfejlesztési Operatív Program (TOP) keretében megjelent a Fenntartható települési közlekedésfejlesztés, valamint a Zöld város kialakítása című felhívás. A Fenntartható települési közlekedésfejlesztés című felhívás célja az éghajlatváltozás mérsékléséhez, a szén-dioxid kibocsátás csökkentéséhez, az élhető városi és települési környezet kialakulásához hozzájáruló pályázatok támogatása. A projekteknek a települési mobilitás környezetileg és pénzügyileg fenntarthatóbbá tételét kell szolgálniuk, és hozzá kell járulniuk a gyalogos, kerékpáros vagy közösségi közlekedési módot választók részarányának növeléséhez. A támogatásra rendelkezésre álló keretösszeg 21,9 milliárd Ft, további részletek a címen érhetők el. A Zöld város kialakítása című felhívás célkitűzése olyan infrastruktúra-fejlesztések támogatása, amelyek javítják a települések általános környezeti állapotát. A fejlesztések megvalósítása során elsődleges szempont a városi közterületek környezettudatos, családés klímabarát megújítása, a városi zöld környezet megteremtése. A támogatásra rendelkezésre álló tervezett keretösszeg 16,2 milliárd Ft, a felhívás részletei a címen olvashatók. ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 61

64 S Z E M L É L E T Mérnöki gondolatok a jövő kiszámíthatatlanságáról Dr. Dezső György okl. gépészmérnök, dezso.gyorgy@ega-nova.hu Gyorsuló módon változó világunk, benne az életünk tele van meglepetésekkel, és mindezek természetesen kihatnak, ki kell hassanak a mérnöki gondolkodásra és szemléletre is. A sok évtizedre tervezett rendszerek, létesítmények ki vannak téve a jövő kiszámíthatatlanságának, és az abból fakadó kockázatoknak. A szakmánkat érintő legfontosabb folyamatok ún. nemlineáris típusúak, amelyeknek jövőbeli viselkedésére alkalmatlanok a korábbi statisztikákra alapított egyszerű extrapolációk. A nemlineáris rendszerek természetéhez tartoznak a meglepő kimenetek, amikre a lineáris modellek még csak nem is utalnak, pedig ezek jelentik az igazi kihívásokat. * As it changes in an accelerating manner, our world, including our life, is full of surprises, which naturally affect must affect engineering thinking and approaches. Systems and projects planned for many decades are exposed to the incalculability of the future and the risks deriving from that. The most important processes relating to our profession are so-called nonlinear types for the future behaviour of which simple extrapolations based on earlier statistics are inadequate. Surprising outcomes are involved in the nature of non-linear systems, to which linear models do not even refer, yet they represent the real challenges. * * * Az indokolatlanul magabiztos szakemberek őszintén hisznek a szakértelmükben, szakértőként viselkednek, és annak is tűnnek. Mindenképpen tartsuk azonban észben: meglehet, hogy csak egy illúzió foglyai. Daniel Kahneman 1 Kiváló kollégák kiváló írásait még el-elolvasom, és rendre megállapítom, hogy egyes lényegi dolgokat, jól-rosszul, de másképpen gondolok. Az egyik ilyen alapvető eltérés és ez azért különösen fontos, mert egy tervező mérnök lényegében a jövőnek dolgozik, ahogy magát a jövőt szemléljük. Az alábbiakban néhány ismert gondolatot rakok sorba, amiből egy, az említettekhez képest alapvetően más, meggyőződésem szerint egy mai tudásunk szerinti helyes, a XXI. századi mérnököktől elvárható jövőszemlélet körvonalazódik. A fentebb citált Kahneman idézeten túl, amire e cikkben is megkísérlek válaszolni, természetesen írásom is vitaindítónak tekintendő. Ha a jövő izgalmas tulajdonságait megvitattuk és netán valami szemléleti egyetértés is kialakulna, akkor léphetnénk tovább: hogyan is tervezzünk úgy, hogy a bizonytalanság kockázatait kezelni tudjuk, és azt az ésszerűség határain belül tartsuk. A tudásról és nem tudásról A második öbölháborút követően, amikor a hajlandók koalíciójának tagjai és a világ szembesültek azzal a ténnyel, hogy nincs bizonyíték az iraki tömegpusztító fegyverek létezésére, Donald Rumsfeld, amerikai védelmi miniszter, a sajtó számon kérő támadásaira a következőket válaszolta: Vannak ismerten ismert tényezők. Ezekről 1 Pszichológus, Princeton Egyetem, 2002-ben közgazdasági Nobel-díj az Amos Tverskyvel közösen kidolgozott kilátáselméletért. [4] 62 tudjuk, hogy vannak, számolunk velük. Vannak ismerten ismeretlen tényezők, amelyekről jelenleg annyit tudunk, hogy nem ismertek. Léteznek azonban nem ismert ismeretlen tényezők is, amelyekről még azt sem tudhatjuk, hogy nem ismerjük őket. A széles közvélemény sokáig mulatott a számára szokatlan okfejtésen, mert nem tudta, hogy ez a mondhatni tudományfilozófiai, megfogalmazás voltaképpen a posztmodern világfelfogás és kihívásainak adekvát leírása. 2 Ezt az anekdotát annak érzékeltetésére említem, hogy a politikai, gazdasági döntések, vagy gyakran döntési kényszerek mögött milyen erősen, mondhatni tragikomikusan korlátozott tudás és szemlélet áll. Szokás ugyan a társadalmi, politikai, valamint a piaci tervezést és döntési mechanizmusát külön-külön kezelni, de a mögöttes tudás és szemlélet tekintetében az eddigi megállapítások mindkét fajta cselekvésre vonatkozóan igazak, legfeljebb a kockázatvállalás mértéke, és a kockázatviselők köre más. (A kockázatviselők eltérő köre, a következményeket, és végeredményt illetően természetesen nagyon eltérő eredményekre vezet, de ez már egy másik gondolatmenet volna.) Az elmúlt évtizedekben a tudással kapcsolatos felfogásunkban is alapvető változások következtek be. Az indukcionalizmustól 3 eljutottunk például a falszifikálhatóságig, a korroborációig (ami annyit tesz, hogy időlegesen kiállta a falszifikáció próbáját), a confirmációig (ez utóbbi a tudományos állítás Carnap-féle megerősítése ). A kísérletektől nem a törvény bizonyítását, megerősítését várjuk, hanem a tudományos állítás cáfolhatóságát, megerősíthetőségét, stb. ellenőrizzük. A lényeg az, hogy amikor megkísérelünk valamilyen megoldást javasolni egy problémára, meg kellene próbálnunk a lehető legkönyörtelenebbül megingatni ezt a megoldást, ahelyett, hogy megvédenénk. Sajnos kevesen teszünk eleget ennek a szabálynak mondja K. Popper [14]. A felsorolt tudás, és nem tudás halmazok persze időben változnak. Tudásunk gyarapodásával, mondjuk az ismerten ismeretlen tényezőkből átkerülhetnek dolgok az ismerten ismertbe, stb. Ezek azonban nem egyszerű kumulatív változások, mert még az ismerten ismert tudást is gyakran újra gondolni kényszerülünk, vagyis a Th. Kuhn bevezette fogalom alapján, paradigmaváltás történik [11]. A tudás folyamatos változása miatt már az oktatásban célszerű (volna) a pillanatnyi tudást megfelelő visszafogottsággal kezelni, nehogy az bebetonozott dogmává váljék, ami alapvető ellentmondást jelentene a tudomány nyitottságával szemben. 2 A Rumsfeld-féle tudásfelosztás hasonlatos Simonyi Károly ismert tudásgömbjéhez. Az aktuális emberi ismeretek halmaza egy gömbbel jellemezhető. A gömbön kívül találhatóak az ismeretlen információk végtelen halmaza. A gömb a felszínén érintkezik az ismeretlen világgal, és mennél nagyobb a gömb, ez az érintkezési felület annál nagyobb, annál világosabb az ember számára, hogy az ismeretek végtelen óceánjából mily keveset sikerült megismernie. A gömb határa (átmérője) természetesen egyénileg is változik. Van tehát a tudás és nem tudás között egy koncentrikus felhő, amit a mások által létrehozott, publikus, vagy nem publikus, de az illető által még/vagy soha el nem sajátított, éppen aktuális tudás. Azon túl van a már említett megismerés potenciális világa. (Ezt kiegészíthetnénk azzal, hogy van olyan halmaz, ami az ember számára a soha meg nem ismerhető tudást tartalmazza.) 3 A voltaképpen ismétlődésre alapozott indukciót David Hume már a XVIII. században elutasította, és voltaképpen ez a vita ismétlődött meg azután a XX. században (R. Carnap, K. Popper, Lakatos I., stb.). ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

65 Dezső Gy.: Mérnöki gondolatok a jövő kiszámíthatatlanságáról A mérnöki feladatokról A való világ végtelen bonyolultságának, megfejthetetlen sokrétegűségének mondhatni ősi kezelési módszere az osztályozás. Ennek megfelelően mondhatjuk például, hogy a mindennapi életünkben találkozunk egyszerű, bonyolult, komplex és kaotikus eseményekkel, és feladatokkal [2]. Az egyszerű kérdések esetén ismerten ismert tényezőkkel kell operálni. A bonyolult esetekben, mint pl. a klasszikus mérnöki tervezés, többnyire az ismerten ismeretlen tényezőkkel is meg kell birkózni. Komplex esetben megjelennek a nem ismerten ismeretlen tényezők, míg a kaotikus halmazban a megismerhetetlen ismeretlen tényezőkkel is szembesülünk. Ha mérnökként arra kényszerülünk, hogy a jövőre vonatkozó becsléseket, jóslásokat tegyünk, akkor ösztönösen is érezzük, hogy vannak dolgok, amelyekre viszonylag nagy biztonsággal vállalkozunk, másokra viszont nem. Nagyobb biztonsággal vállalkozunk becslésre, ha az adott dolgok Gauss-eloszlást követnek, ezzel szemben megbecsülhetetlenek a Cauchy-eloszlás 4 szerinti dolgok, aminek nincs várható értéke és nincs szórása. A Cauchyeloszlás egy olyan vad, kemény világot mutat, amelyikben bármi előfordulhat. Példaként: egy populáció tagjainak testmagasság eloszlását tekintjük, akkor arra a Gauss-féle eloszlás igaz. Ha ugyanis erre a Cauchy-eloszlás lenne igaz, akkor léteznének a populációban több tíz, vagy ezer méter magas, és hasonlóképpen, egészen kicsi, néhány centis, vagy néhány milliméteres emberek is. Ezt magából a Cauchy-görbéről is leolvashatjuk, amelyik csak felületes ránézésre hasonlít a normál-eloszláshoz, a valóságban a görbe a két oldalán sokkal kevésbé közelít az y tengelyhez, mint normál-eloszlás esetén. Mai ismereteink szerint világunkat (csak) többféle modellel tudjuk leírni, amelyek egymással párhuzamosan léteznek. Sok fontos területekről tudjuk, hogy melyik modell írja le a leginkább valósághűen. (N. N. Taleb [10], ill. Mérő L. [8] ezeket az eltérő világokat szellemesen Középisztánnak (ill. Átlagisztánnak), és Extrémisztánnak nevezi. Az előbbi a normál-eloszlást, az utóbbi a Cauchy-eloszlást követi. De az elmúlt évtizedekben megjelentek újabb eloszlások (pl. a skalárfüggetlen-eloszlás), amelyek a modellezést az emberi logikával szelíd és vad világ között tovább finomítják (ilyen pl. a Mandelbrot-féle skálafüggetlen világ). A kiszámíthatatlanság rövid tudománytörténete A XIX. század végén Henri Poincaré volt az első, aki rámutatott számításaink alapvető korlátaira. Az előre kiszámíthatóságra, azaz a jövőbelátásra a matematikai eljárásokat a nemlinearitás teszi alkalmatlanná, márpedig a természettudományokban is, és a társadalomtudományokban is számos folyamat csak nemlineáris differenciálegyenletekkel írhatók le. Ez utóbbiak közül a technológiai fejlődést, és a közgazdasági folyamatokat említem, amelyek az energetika, vagy az energetikai koncepciók szempontjából perdöntőek. Poincaré a nemlineáris rendszerek meglepő sajátosságait a három test problémaként híressé vált példájával 5 szemléltette, aminek integrálját nem lehet zárt alakban előállítani. Könnyen belátható, hogy a való világ jelenségeihez, folyamataihoz képest a há- 4 A Cauchy-eloszlás vizuális érzékeléséhez a következő linket célszerű megtekinteni: 5 A már a XVII. és XVIII. században felmerült, ún. három test probléma az égi mechanikából származik. Ha a naprendszerünk gravitációs terében mindöszsze két égitest volna, és mozgásukat nem befolyásolná semmi, akkor előre meg tudnánk mondani az égitestek jövőbeli viselkedését. Ha azonban van a rendszerben egy harmadik égitest, akár csak egy kisméretű üstökös is, akkor az égitestek jövőbeli mozgása kiszámíthatatlanná válik. Ez a konkrét probléma azután az űrhajózás korában kapott nagy gyakorlati jelentőséget, akkor azonban már számítástechnikai eszközként rendelkezésre állt a számítógép. rom komponens egy végtelenségig leegyszerűsített rendszert, ill. modellt jelent. Poincaré arra a meglepő sajátosságra is rávilágított, hogy e rendszerekben a kezdeti feltételek apró változása egészen váratlan eredményekre vezet. Megfelelő matematikai eszközök híján nem jutott tovább, de felfedezte a természet viselkedésének egy teljesen új tulajdonságát, nevezetesen a nemlinearitást. Egy fél évszázaddal később, az ötvenes évek elején, Enrico Fermi Los Alamosba látogatott, ahol próbára tette a MANIC I-et, a világ első szuperszámítógépét, mint a nemlineáris egyenletek megoldására született eszközt. Egy 32 részecskéből álló egydimenziós atomrács rezgéseinek szimulációs számításának futtatását kérte. Kis rezgések esetén a kémiai kötések lineáris működést mutattak, miként akkortájt az egész hagyományos szilárdtest fizika is erre a modellre épült. Nagy kitérések esetén azonban a valóságos kötések már nemlineárisan működtek, de ennek magyarázatára abban az időben még nem volt semmiféle elképzelés. Fermi ebből a gondolatából indult a nemlinearitás világának legújabb kori elmélete. Ez a Fermi-Pasta-Ulam néven ismertté vált problémafelvetés vetítette előre, hogy a nemlineáris rendszerek káoszt eredményeznek. A hatvanas években azután Edward Lorenz az MIT-n megalkotta az időjárás-előrejelző modelljét, és szembesült ugyanazzal a problémával, amivel Poincaré háromnegyed évszázaddal korábban. Azt tapasztalta, hogy a modell kezdeti feltételeinek csekély megváltozása esetén akár egy egyszerű kerekítés következtében, teljesen más eredmények születnek. Innen származik az ún. pillangó effektus, és ebből ágazott ki a káoszelmélet is, valamint a klímaváltozással kapcsolatos elméleti problémakör. Ezek a természet és világunk működésének egy korábban nem felismert tulajdonságát jelenítik meg, amit összefoglalva nemlineáris folyamatokként határozunk meg. A mérnöki szakszerűséghez kiterjedt társadalomtudományi ismeretek is tartoznak, szükséges legalább jelzésszerűen a társadalmi folyamatok kiszámíthatatlanságáról is szót ejteni. Karl Popper volt az első, aki a 1936-ban írt, A historicizmus nyomorúsága című könyvében tudományosan igazolta a jövőbeli társadalmi és történelmi események kiszámíthatatlanságát. 6 A történet természetesen folytatódik. A való élet kiszámíthatatlanságához Vegyünk egy gyakorlati példát: A disznó közismerten okos állat, és miután a gondos gazdától süldő korától, nap mint nap megkapja a maga vödör moslékát, kialakuló íz világa azt akár a mama főztjének is tekintheti. Jóllakottsága miatt elismeréssel gondol a gazdájára, és logikusan arra gondol, hogy a kosztot illetően nincs is további teendője, ez így fog menni holnap, és holnapután is, és problémamentesen folytatódik a gyarapodása. Talán nem annyira okos, hogy ezt egy grafikonban, vagy kördiagramban ábrázolja, mélyebben elgondolkodjon az ismétlődés alapján tett ok-okozati megállapításain, a kauzalitáson, esetleg kisüsse, hogy itt ő a teljes indukció esetével áll szemben, hiszen n, és (n+1) esetben is azonosan bekövetkező, azonos eredményt produkáló eseményről van szó. És ez így megy, amíg el nem jön a disznóvágás ideje, ez pedig nagy valószínűséggel eljön, mert a gazda kauzalitása másképpen működik. Mondhatjuk, hogy főhősünk a matematika steril világából átvett, és kiterjesztett értelmezésű teljes indukció áldozata, és mire rájött a nemlinearitásra, vagy éppen a falszifikációra, addigra a felismerés 6 Karl Popper említett könyve volt a marxizmus első tudományos bírálata. Művét 1936-ban Brüsszelben nyilvánosan ismertette. Magyarul, több mint fél évszázaddal később, 1989-ben jelent meg. ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 63

66 Dezső Gy.: Mérnöki gondolatok a jövő kiszámíthatatlanságáról számára már késő volt. Mi azonban fizikálisan is, és szellemileg is nagyobb szabadságfokkal rendelkezünk, így tehát beláthatjuk, hogyha a jövőre a múlt adatait lineárisan meghosszabbítva akarunk következtetni, törvényszerűen nagy csalódásoknak tesszük ki magunkat. Az ideologikus XX. század bőséges és közvetlen történelmi tapasztalatot szolgáltatott [3], hiszen semmi nem úgy történt, miként azt korábban gondolták, vagy egyáltalán, aminek célként, tervként nekifogtak. Az is ismert tapasztalat, hogy még a nagy történelmi kataklizmák bekövetkezése sem volt előre látható, vagy éppen logikailag, matematikailag kiszámítható. Alaposan indokolt tehát azt az erősen technokrata, tudományellenes gondolkodást elvetni, hogy mai tudásunkkal minden előre kiszámítható. Az előre kiszámíthatóság egyik alapfeltétele az volna, hogy a világ változatlan, vagy kiszámítható, netán kiszámíthatóan változó legyen, de ez ellentmond a valóságban kiszámíthatatlanul változó világunknak. Ha pedig az egész rendszeren belül az emberi tényezőket tekintjük, akkor a kiszámíthatóság racionális gondolkodást kívánna meg, aminek sem a külső, sem a belső feltételei nem állnak rendelkezésre. Ahhoz, hogy az ember racionális gondolkodásának, és döntéseinek külső feltételei rendelkezésre álljanak, minden szereplő számára igaz és egyidejű információra volna szükség. Tudjuk, hogy ennek még az alapfeltételei sem állnak, és nem is állhatnak rendelkezésre. A belső feltételekhez, mint elégséges feltételt, hajlamos az ember a felkészültséget, a tudás szükségességét megnevezni. Azonban mind a tapasztalat, mind a tudomány azt igazolja, hogyha minden eddig említett feltétel rendelkezésre is állna, az ember akkor sem racionálisan döntene, mert a belső feltételei ezt nem teszik lehetővé. (Talán, ha egyszer protézisként mesterséges intelligenciát kapna.) Könnyen belátható, hogyha a racionális gondolkodásnak és döntésnek alapjaként a klasszikus közgazdaságtani modellben feltételezett önérdekkövetést tekintjük, akkor az ember a valamennyire is bonyolult ügyekben igen korlátozottan képes még a saját érdekeit és döntéseinek következményeit (beleértve a jövőbeli hatásokat is) átlátni és meghatározni. A hosszú távú tervezés paradoxona A hosszú távú tervezés esetében egy paradoxonnal állunk szemben: muszáj tervezni 7, de bonyolult, nemlineáris rendszerek esetén, a váratlan kimenetek, a nem ismerten ismeretlen, esetleg megismerhetetlen ismeretlen tényezőket is tartalmazó, azaz a kiszámíthatatlan, ismeretlen kockázatú jövőt nem lehet tervezni. Minél nagyobb időtávról van szó, annál nagyobb a bizonytalanság, bár az idő ebben az értelemben is relatív. Talán szerencsésebb úgy fogalmazni, hogy a bizonytalanság az egymás utáni események sokaságától függ, azaz, ha rövid idő alatt sok esemény történik, akkor az a kiszámíthatatlanság tekintetében ekvivalens a hosszú idővel. (Ez a nemlinearitásból fakadó extrém kimenetelek előfordulása, az idő, ill. egy adott projekt élettartama közötti viszony egy külön gondolatmenet tárgya.) Az etikus mérnök 8 nem akarja magát, vagy az általa kezelt ügyet a véletlenek, vagy ad hoc megoldásoknak kiszolgáltatni, ezért ebben a paradox helyzetben kell tervezéstechnikailag és tartalmilag vállalható kockázatú megoldásokat találnia. A hosszú távú tervezés, legyen az elvi jellegű, mint pl. több évtizedre kitekintő energia- 7 Az ütközetekre való felkészülések alkalmával mindig úgy találtam, hogy a tervek haszontalanok, de a tervezés elengedhetetlen. írta D. D. Eisenhower, aki hadtörténelem legnagyobb csatáját tervezte. 8 Természetesen szép számmal vannak vak jövőbelátó technokraták is, akik mindent évtizedekre kiszámíthatónak vélnek. 64 politikai koncepció, akár tárgyiasult, mint pl. mondjuk egy erőmű, szerencsés esetben a komplex, kevésbé szerencsés esetben, és felgyorsult világunkban ez a valószínűbb változat, a kaotikus tényezők halmazába tartozik, és ennek megfelelően kell(ene) kezelni. Tudjuk, hogy a fejlődésnek, az evolúciónak nincsenek megismerhető, felfedezhető, főképpen nincsenek kiszámítható szabályai, és az emberi és társadalmi viselkedésről sem tudjuk, mint azt magunk is naponta tapasztalhatjuk, hogy a jövőben az önző gének és az erkölcs éppen milyen mixtúrát képeznek. Értelmetlen és tudománytalan tehát, amikor valaki Laplace-démona módjára az emberi társadalomban, vagy a gazdaságban mindent évtizedekre előre ki akar számítani. Meg akarja mondani, hogy mennyi lesz mondjuk év múlva a kamatláb, vagy éppen a villany piaci ára, kereslete, stb. Néhány példa ennek az illúziónak az eloszlatására: Janet Yellen amerikai jegybankelnök egy néhány hónappal ezelőtti beszédében az USD alapkamat jövőbeli pályájának várható alakulásával kapcsolatban azt mondta, hogy értéke 70%-os valószínűséggel 2017 végén 0 és 3,25% között, 2018 végén 0 és 4,50% között alakulhat majd. Vagyis a FED elnöke másfél évre előre csak ilyen tág határok között tudta megbecsülni a kamatokat. A Paks 2 szerződés januári váratlan aláírását többek között, azzal indokolták, hogy az évszázad üzletét kötötték meg, mert annyira kedvező kamatra kaptunk hitelt. Majd alig egy-másfél évvel később bejelentették, hogy a pénzpiacokon jelentkező alacsony hitelkamatokra való tekintettel a kormány keresi az orosz hitel kiváltási lehetőségét egy másik, kedvezőbb hitellel. (Azóta megtudhattuk, hogy az oroszok nem partnerek a hitelkiváltásban, ezzel szemben felajánlották a 80%-os hitelhányad 100%-osra emelését, de a kondíciók újratárgyalásával.) Ha feltételezzük, hogy mindkét állítás igaz, akkor a szerződés magyar aláírói másfél évet sem láttak előre, nemhogy hetvenet. A korábbi fogalmakkal: a döntés során összekeverik a bonyolultat a komplexszel, vagy éppen kaotikussal. Léteznek elismert nemzetközi intézmények, amelyek prognóziskészítéssel is foglalkoznak, így például a mi szakterületünkön az IEA. Ha megnézzük az IEA (és az OECD) előrejelzéseit, így például, hogy ne túl bonyolult példát említsek, az olajár várható alakulását, akkor öt évvel ezelőtt 2016-ra 100 USD/barrel fölötti árat jósoltak [9]. Amikor 2017 januárjában e sorokat írom a WTI nyersolaj ára 55 USD/barrel alatt van, de január 20-án benézett 28 USD/barrel alá is, ami középtávon is %-os tévedés. Ez nem azt jelenti, hogy az IEA ne értené a dolgát, hogy ott ne kiváló szakemberek dolgoznának, hanem egyszerűen azt, hogy lehetetlen feladatra vállalkoznak, vagy kell vállalkozniuk: a kiszámíthatatlan jövőre kell megállapításokat tenniük. Van persze önbeteljesítési effektus is, amikor a prognózisok hatására jelentkező várakozásozások (a várható infláció, a kamatváltoztatási várakozások, prognosztizált energiahordozó árváltozások stb.) önmagukban is generálnak változásokat. Ezek többnyire a jóslat szerinti értékek irányába korrigálnak, de ennek ellenére a jóslatok rendre nem teljesülnek. Figyelemre méltó, hogy miközben a meteorológia előrejelzések erősen korlátozott időhorizontját széles körben elfogadják, a hasonlóan bonyolult közép, vagy hosszú távú gazdasági előrejelzések iránti hit és bizalom változatlanul, és főképpen indokolatlanul fennáll. ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

67 Dezső Gy.: Mérnöki gondolatok a jövő kiszámíthatatlanságáról Erősen megtévesztő, és elaltatja a túlzott kockázattal szembeni óvatosságot, hogy a nemlineáris folyamatoknak vannak, ill. lehetnek olyan hosszabb-rövidebb szakaszai, amiknek során a lineáris modell véletlenszerűen korrelál vele. Csakhogy éppen a nemlineáris folyamatok kritikus szakaszairól a lineáris modellek nem adnak semmiféle jelzést, mint ahogy korábban nem adtak jelzést az olajárrobbanásokról, és ahogy újabban nem adtak jelzést a szénhidrogénárak zuhanásáról stb. A lineáris megközelítés gyarlóságai A jelenlegi hosszú távú tervezés általános gyakorlata szerint a jövő alakulására tett kijelentéseket, amelyek egyébként is legfeljebb csak predikciók, hipotézisek, feltételezett, és a múltból levezetett trendekkel, extrapolációkkal, kockázatelemzéssel, és szcenáriók felvételével gondolják legitimálni. Nem számolnak azzal, hogy a számításba vett kockázatok is múltbéli eseményeken alapulnak, ennélfogva a nem ismerten ismeretlen tényezők (a megismerhetetlen ismeretlenekről nem is beszélve) előfordulását az alkalmazott kockázatelemzés ab ovo nem tartalmazhatja. Pedig a probléma éppen ettől a kockázat jellegétől tartozik a komplex, vagy kaotikus kérdéskörbe, miközben úgy kezelik, mintha csak egy szimpla bonyolult ügy lenne. A másik alkalmazott módszer, amivel a bizonytalan jövőt be akarják keríteni, hogy érzékenységvizsgálatokat végeznek, megvizsgálják a legfontosabbnak vélt paraméterek változásainak hatását. A probléma hasonló: a paraméterek fontosságát a mai tudásunk alapján állítjuk össze, de semmi garancia nincs arra, hogy ez a fontossági sorrend a jövőben is hasonló lesz. Ez ugyanis csak akkor lenne igaz, ha a jövő a múlt és jelen lineáris meghosszabbítása volna, ez a felfogás azonban éppen a változást tagadja, gondoljunk csak a tudományos és technikai fejlődésre, aminek éppen az új paradigmák, és az ugrásszerű fejlődés a jellemzői. A tudományos forradalom szerkezete éppen olyan, hogy nemcsak az ismerten ismeretlen tényezők, de maguk az ismerten ismert tényezők is újraértelmezést kaphatnak. A nemlineáris, ezért kiszámíthatatlan technológiai fejlődés például soha nem szerepel az érzékenységvizsgálatok között. Korábban szó volt már arról, hogy a Cauchyeloszlásnak nincs várható értéke, nehéz tehát az érzékenységi vizsgálatok értékeit, határait jól felvenni. Márpedig, ha a valóságból indulunk ki, akkor példaként az olajár várható értékeit 25% és +300% között kellene vizsgálni. A tőkeigényes energetikai megoldásokat gyakran sok évtizedre, esetenként év időtávra koncipiálják, a valóságban azonban, a beállt status quo miatt ez ennél is hosszabb idő lehet. (Ez utóbbi esetben már a feltételes optimalizálás a feladat.) Aligha vitatható tehát, hogy az ilyen típusú feladatok megoldásakor a mérnöki gondolkodásban fontos szerepet játszik a jövőről való vélekedés. Az elmúlt hónapokban is több kolléga kitűnő szakcikkét olvastam, így pl. a megújulókról, az Energiewende-ről, az atomerőmű építésről, az energetikai oktatásról stb., amelyekben a jövőről való helyes gondolkodás fontos, a választandó megoldás sikere szempontjából perdöntő. E cikkekben a szerzők a jövő alakulását, direkt, vagy indirekt módon, de minden esetben determinisztikus tulajdonságúként írták le, a várható adottságokat pedig a jelen feltételek, logika és értékrend egyenes vonalú kivetítetéseként. E felfogásnak azonban mind az elmélet, mind a tapasztalat ellentmond. Az időben visszanézve ugyanis azt kell megállapítanunk, hogy az eddigi tudománytörténet, gazdaságtörténet, technikatörténet, politikatörténet is a meglepetések vég nélküli sorozata volt. Gyorsuló és egyre bonyolultabbá váló világunkban pedig előre nézve, vajon miért, és mitől válna a jövő előre kiszámíthatóbbá? Munkája során egy mérnök a közgazdaságtannal kapcsolatban két elvi hibát követhet el. Az egyik, ha nem ismeri, és nem foglalkozik vele. Ez ismert probléma, ami egy rövid ideig, a tévútnak bizonyuló tervgazdálkodási gondolkodással talán indokolható volt, napjaink gazdálkodásában azonban már legfeljebb a mérnökképzés, és továbbképzés egyik súlyos hiányossága. E hiátus befoltozására történtek lépések, de az oktatni kezdett ismeretek kizárólag a csődöt mondott klasszikus közgazdasági nézeteket ölelik fel, ezért az egyik téveszmét egy másik téveszmével váltják fel. A másik nagy hiba, ha a mérnök magát a közgazdaságtant túl komolyan veszi, és az egész gondolkodását annak rendeli alá. A közgazdaságtan a szűkösség viszonyai közötti emberi választások és döntések tudománya, ahogy tréfásan szokták mondani: a pszichológia egy fejezete. A helyes közgazdasági gondolkodás egy fontos pillére a mérnöki munkának, azonban nem kizárólagos meghatározója. Milyen mondjuk a leggazdaságosabb fűtési megoldás? Ha nem fűtünk. Ennél olcsóbb megoldást nehéz találni. Mint látjuk, a kérdésfelvetésben van a hiba. A helyes kérdés ugyanis úgy hangzik, hogy egy meghatározott igényszint, és bonyolult feltételrendszer (ellátásbiztonság, környezeti hatások stb.) melletti kielégítését biztosító megoldások összehasonlító gazdaságosságáról (Kostenvergleichsrechnung) van tehát többnyire szó, és maga a választás is sokparaméteres. A paraméterek egy része tehát eredendően szubjektív, és/vagy időben kiszámíthatatlanul változóak. Gyorsan változó világunkban a dinamikus számítások ugyanazokat a problémákat hordozzák magukkal, amiről eddig szó volt. Kellene tudni a jövőbeli kamatlábakat (nem lehet tudni), a várható élettartamot (a nélkül kellene meghatározni, hogy pl. a technológiai fejlődést előre tudnánk jelezni, és az erkölcsi avulást kalkulálni tudnánk), és így tovább. Ezeket a számításokat, jobb híján, becsülettel el kell végezni, de ez nem ad a változó jövőre vonatkozóan nagyobb biztonságot, mintha vak emberként fehér bottal nekivágnánk a Himalájának. A fentiekben vázolt gondolkodás nyilvánvalóan jelentősen eltér a klasszikus (vagy éppen a széles körben oktatott) mérnöki gondolkodástól. Az is nyilvánvaló, hogy a tudományos, technikai fejlődés tapasztalható gyorsulásával (lásd ezzel kapcsolatban pl. korábban Kondratyev elméletét, vagy Moore közismert törvényét 9, az exponenciális trendről, vagy Kurzweil gyorsuló megtérülés elméletét [5]), a jövőbeli elágazások gyakorisága, és sokasága, ill. a kimenetek száma egyre nő, aminek logikus módon hatása van az energetikai koncepció feltételezett, jó-rossz kiindulási és peremfeltételeinek alakulására is. A túl definitív tervek egy-egy időmetszékben egyre nagyobb eltérést mutatnak a valóságtól, az elképzelt, vagy éppen az aktuálisan optimális megoldástól, így vagy a tervet kell feladni, vagy többnyire fokozódó erőszakkal keresztülverni a szakmai vagy társadalmi ellenálláson. Ezt igazolta a tervgazdaság csődje, ami nem pusztán a rossz tervezés, amit esetleg lehetne jobban is csinálni, hanem a tervezhetetlenség tényén bukott el. A normál-eloszlást, ill. linearitást feltételező közgazdaságtani meggondolások és modellek elvi hibái már a XX. század hatvanas-hetvenes éveitől téma, de a probléma nehézségét, bonyolultságát jelzi, hogy még fél évszázad sem volt elegendő a megoldásra, de még a helyes szemlélet széleskörű elterjedésére sem. Energiakoncepciók persze készülnek, és ugyancsak vannak energiapolitikai koncepciók, mert tervezni muszáj. Készítői más- 9 Ez pongyola kifejezés, ugyanis helyesen ez ab ovo nem törvény, nem tartalmazza a törvényekhez szükséges univerzalitást, hanem trend, amelyek bizonyos feltételek változása esetén megszűnik működni. ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 65

68 Dezső Gy.: Mérnöki gondolatok a jövő kiszámíthatatlanságáról más kiindulási feltételek mellett, más-más jövőkép valószínűsítésével, más-más jövőbeli tényezőket feltételezve, különböző kockázatokat vállalva, e kockázatok kezelésére különböző eszközökkel operálva, tehát eredendően más-más eredményre jutnak. Ennek alapján a kívülállónak nemcsak a koncepció megalkotása, de még a megfejtése, megértése sem egyszerű. A jövőbe való tervezést hasonlíthatnánk egy sakkozó gondolkodásához, aki ha kellően jó játékos, mondjuk egy nemzetközi nagymester, akár lépést is tud előre elemezni. A helyzet azonban az, hogy a sakkszabályok egyrészt kötöttek és ismertek, így ez nagyszámú, de véges kombinációs lehetőséget jelent. Az evolúciónak ezzel szemben nincsenek szabályai, és a nem ismerten ismeretlen, ill. a megismerhetetlen ismeretlen tényezők végtelen változatot kínálnak. A feladat inkább a művészet végtelen sokoldalúságához hasonlítható, sem mint egy szigorú, és pontos mérnöki számításra. Összefoglalás A leírtak alapján a következő, legfontosabb megállapításokat tehetjük: 1. A minket körülvevő világ folyamatai zömében, így pl. az energetikában számunkra meghatározó jelentőségű technológiai fejlődés és a közgazdasági folyamatok, nemlineárisak. 2. A nemlineáris folyamatok számítására jelenleg igen korlátozottan vagyunk csak képesek. Numerikus megoldásokhoz már megvan a technika, de bonyolult rendszerek esetén probléma van a modellalkotással, a kezdeti feltételek (pontos) meghatározásával. 3. Eltérően a lineáris folyamatoktól és modellektől a nemlineáris folyamatok sajátossága, hogy előre nem látható, számunkra meglepő eredményeket indukálnak, ezért azok előfordulására számítanunk kell, ill. fel kell rá készülnünk. 4. A nemlineáris rendszerek működése során jelentkező meglepő kimenetek értékelése sokszor téves, felületes, vagy valami hátsó cél érdekében tendenciózus, pedig a meglepő eredmények a rendszer objektív sajátosságai, nem pedig felületi hibái. 5. Miután bonyolult rendszerek esetében a nemlineáris folyamatok modelljét jelenleg sem megalkotni, sem működtetni nem tudjuk, a valóságos folyamatokat csak durva eltérésekkel leíró, zömében a múltbeli események meghosszabbítására épülő, a valóságot elégtelenül leíró lineáris modellekkel dolgozunk. 6. A lineáris modellek csak véletlenszerűen, legfeljebb a valóság egy-egy kitüntetett szakaszában mutatnak korrelációt a nemlineáris objektív folyamatokkal. 7. Miután az alkalmazott lineáris modellek bizonyítottan elégtelenül írják le a valóságot, döntéseinkben csak igen óvatosan, és kellő fenntartással lehet csak rájuk építeni. 8. Miután a nemlineáris rendszerekben alkalmazott lineáris modellek alapján hozott döntéseink alapján voltaképpen vakvezetés folyik, különösen a közösségi döntések esetében keresni kell azokat a döntési technikákat, megoldásokat, amikkel a valóságos folyamatokban a várható kockázatok az elvárt szinten tarthatók. Daniel Kahneman idézett kijelentésében tehát igaza van: Ha a tudásunk és leegyszerűsített modelljeink korlátait figyelmen kívül hagyjuk, ha elveszítjük óvatosságunkat, kritikai szemléletünket, akkor valóban egy illúzió foglyaivá válunk. Irodalom [1] aspx?transcriptid=2636 [2] S. D Sousa-D. Renner: A nemtudás (Not Knowind), Hogyan formáljuk versenyelőnnyé a bizonytalanságot? HVG Kiadó, Budapest, [3] K. R. Popper: The Poverty of Historicism (Brüsszel,1936.), A historicizmus nyomorúsága, Akadémiai Kiadó, [4] D. Kahneman: Gyors és lassú gondolkodás, HVG Könykiadó, Budapest, [5] R. Kurzweil: A szingularitás küszöbén, Ad Astra, Budapest, [6] FAZ (dpa): Bundestags-Mehrheit für Kraftwerks-reform, Frankfurt a. M, [7] Hankiss E.: Társadalmi csapdák. Diagnózisok, Magvető Kiadó, Budapest,1979. [8] Mérő L.: A csodák logikája, Tericum Kiadó, Budapest, [9] IEA: World Energy Outlook [10] N. N. Taleb: A fekete hattyú, Gondolat Kiadó, Budapest, [11] Th. Kuhn: The Structure of Scientific Revolutions (Chicago, 1962.), A tudományos forradalmak szerkezete, Osiris Kiadó, Budapest, [12] H. Simon: Korlátozott racionalitás, Közgazdasági és Jogi kiadó, Budapest, [13] R. Dawkins: Az önző gén, Kossuth Kiadó, Budapest, [14] K. R. Popper: The Logic of Scientific Discovery (London,1934.), A tudományos kutatás logikája, Európa Kiadó, Budapest, Pályázati források önkormányzati épületek korszerűsítésére A Terület- és Településfejlesztési Operatív Program (TOP) keretében megjelent az Önkormányzati épületek energetikai korszerűsítése című (TOP kódszámú), valamint az Önkormányzati épületek energetikai korszerűsítése című (TOP kódszámú) felhívás. A felhívások célja az önkormányzati létesítmények, valamint a többségi önkormányzati tulajdonú gazdasági társaságok tulajdonában lévő épületek energiahatékonyságot növelő felújítása. A felújítások során elvárás a megújuló energiaforrások fokozott felhasználása, valamint a fosszilis energiahordozókból származó üvegházhatású gázok (ÜHG) kibocsátásának csökkentése. A TOP kódszámú pályázati felhívásra támogatási kérelmet nyújthatnak be: helyi önkormányzatok kivéve a megyei jogú város önkormányzatát; területi (megyei) önkormányzat konzorciumvezetői státusszal; helyi önkormányzati költségvetési irányító és költségvetési szervek; helyi nemzetiségi önkormányzati költségvetési irányító és költségvetési szervek; helyi önkormányzatok társulása; többségi önkormányzati tulajdonú gazdasági társaságok. A rendelkezésre álló tervezett keretösszeg milliárd Ft, további információk a címen érhetők el. A TOP pályázati felhívásra támogatási kérelmet nyújthatnak be: megyei jogú város önkormányzata; többségi megyei jogú városi önkormányzati tulajdonú gazdasági társaságok. A rendelkezésre álló tervezett keretösszeg 23,708 milliárd Ft, további részletek a címen érhetők el. 66 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

69 E N E R G I A P O L I T I K A Németország hatása az európai gazdasági és energetikai helyzetre Dr. Molnár László okl. gépészmérnök, lmolnar@t-online.hu Az elmúlt években számos válság érte az EU-t, ezek közül elég kiemelni az adósság-válságot, a brexitet és a migránsok tömeges, szabályozatlan beáramlását. Világosan érződik, hogy az EU nehezen találja a megoldásokat, pedig több kérdésben is föderális vagy nemzetállami Európát szeretnénk, legyen-e közös fiskális politika döntést kellene hozni. A status quo haszonélvezője, Németország, nem siet a jelen helyzet megoldásával. Az energetika terén gond az EU magas importfüggősége, de a gáz- és olajbőség miatt biztonságos az ellátás. Egyre többen bírálják a német energiapolitikát, mely a megújulók erőltetett fejlesztésével emeli a költségeket, károkat okoz a hagyományos villamosenergia-rendszerben, és lerontja az ellátás biztonságot. * In recent years the EU has experienced various crises including the debt crisis, Brexit and the unregulated mass arrival of migrants. It is clear that the EU has difficulty finding solutions even though there are several issues that need to be resolved (whether to have a federal Europe or one of nation states, whether to have a common fiscal policy). The beneficiary of the status quo, Germany is in no hurry to address the present situation. In the field of energy, the high dependency on imports is a problem in the EU but the abundance of gas and oil ensure the security of supply. There is an increasing criticism of German energy policy which boosts costs through the enforced development of renewables, damages the traditional electricity system and deteriorates security of supply. * * * Gazdasági körkép Az EU az elmúlt évtizedekben számos jelentős eredményt ért el. Az évek múlásával, a (gyakran renitens) tagállamok számának növekedésével azonban a gondok is megsokasodtak. Az Unió legintenzívebb kritikusa mindig az Egyesült Királyság volt. Margaret Thatcher már 1988-as beszédében kifejtette, nem tartja jónak, hogy az EU gazdasági közösségből politikai unióvá kezd válni, hogy az uniós jogszabályok sokasága gúzsba köti az üzletet, hogy a belső határok eltüntetésével határtalanná válik a bűnözés és az illegális bevándorlás. A korábban nagy sikernek elkönyvelt lépések, így a vámunió, az euró bevezetése vagy a négy szabadság (az áruk, az emberek, a szolgáltatások és a pénz szabad áramlása) továbbá a schengeni övezet megteremtése az Unió sikertörténetei közé tartoznak. A gyakorlat azonban megmutatta, hogy számos negatív hatása is van ezeknek a megállapodásoknak. Mellékesen az is kiderült, hogy Margaret Thatcher milyen mély politikai gondolkodó volt, aki előre látta a jövőt. A mai, egyre mélyülő nehézségek a múlt sikereiből fejlődtek ki. Tekintsük át a gondok eredetét. A vámunió és az euró bevezetésének hatásai A megszűntetett védővámok következtében a centrum országai (Németország, Franciaország, Hollandia, Ausztria, Dánia stb.) szabadon exportálhatnak a periféria országaiba. Védővámok híján a periféria országainak ipara tönkremegy az erős versenyképességű német, holland stb. exporttermékek miatt. A periféria országai (elsősorban a mediterrán térség és a kelet-európai EU tagállamok) hitelből vásárolják meg a szükséges ipari árukat, és egyre jobban eladósodnak. Több országban is, így Görögországban, Olaszországban stb. már drámai szintet ért el az adósság, olyan szintet, melyről már nincs visszaút. Görögország már majd egy évtizede az EU támogatásából él, és most az olasz gazdaság áll a pénzügyi csőd küszöbén, és senki sem látja, mi lesz olasz válságból. Eközben Németország a hitelekből eredő kamatnyereségeit számolgatja. Az Euró bevezetésétől sokat várt Brüsszel, azonban az eredmények elég soványak. Az euró-zóna fejlődése lassú, általában 1%-os, több ide tartozó tagállam súlyos anyagi gondokkal küzd. Ugyanakkor az euró bevezetése világossá tette az egyes termékek árát a centrum, illetve a periféria országaiban, lehetővé tette az árak közvetlen összevetését, és így elősegítette a magas versenyképességű német termékek behatolását a periféria országok piacaira. Ugyanakkor az eurót bevezető országok elvesztették azt a lehetőséget, hogy saját valutájuk leértékelésével védekezzenek a centrum országok export-offenzívája ellen. Az euró bevezetésével a szegényebb tagállamok, a periféria országai felzárkózása nem történt meg, megmaradt a szakadék a magországok és a periféria országai között. Az EU 2004-ben, a 10 új tagállam belépésekor tett ígérete, a felzárkózás, a kohézió a többség számára nem vált valóra. A Schengeni egyezmény hatásai Növekvő csempészet, bűnözők beáramlása az EU-ba; Migránsok tömeges, kontrollálatlan beáramlása az EU-ba; A magasan kvalifikált illetve a vállalkozó kedvű munkaerő tömeges áramlása a periféria országaiból a mag-országokba, főképp Angliába és Németországba. Ennek következtében jelentős munkaerő-hiány alakul ki a V4-eknél, Romániában, Bulgáriában. Ezekben az országokban így Magyarországon is a növekedés jelentős akadálya a szakképzett munkaerő-hiánya. Az EU gazdaságpolitikájának modernizálását nehezíti az EU bonyolult és lassú döntéspolitikája és egyes tagállamok ellenállása. A meglévő monetáris politika (euró + maastrichti kritériumok) mellé nem sikerült bevezetni közös fiskális politikát. Az EU-nak nincs elfogadott jövőképe, nem tudni, merre fogunk haladni, kialakul-e a föderális Európa, vagy a nemzetállamok Európája maradunk, és sohasem válunk Európai Egyesült Államokká. Ez utóbbi alapkérdés felvetését Brüsszel, illetve az EU-t lényegében irányító Németország messzemenőkig kerüli, marad a változatlanság. Ennek súlyos következménye, hogy mérnöki fogalommal élve az EU nagyon rossz munkapontban működik, nem ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 67

70 Molnár L.: Németország hatása az európai gazdasági és energetikai helyzetre érvényesül az EU-ban meglévő tényleges gazdasági és egyéb (tudományos, innovációs stb.) potenciál. Ehelyett permanens kármentés történik, hol ezt, hol azt az országot kell megmenteni anélkül, hogy az EU az igazi okokat feltárná, a kiváltó okokat megszüntetné és reform-terveket terjesztene be. A brexittel, Anglia távozásával és Franciaország meggyengülésével még inkább a német politika kezében vannak a fontos döntések. A makacs kancellár asszony csak ismételgeti, wir schaffen das (megcsináljuk), de közben nem sok történik a megoldás érdekében. Brüsszel és Berlin konoksága vezetett a brexithez is. Az angolok csupán részlegesen akarták korlátozni a sok éve tartó, évi 300 ezres bevándorlást. A merev bürokraták azonban nem engedtek, és így az EU elvesztette 2. legnagyobb gazdaságát, katonai erejét és befizetőjét. Miért alakult ki ez a helyzet? Véleményünk szerint az EU jelenlegi vezetése nem túl kreatív, de ennél fontosabb, hogy nem érdekelt a változásban, nekik nagyon jól megfelel a status quo. Ki kell mondani, miközben Németország az EU megmentőjeként szerepel, aközben hatalmas gazdasági eredményt (export-többletet) ér el a jelenlegi rendszer segítségével a többi tagállam rovására. Ez akkor is igaz, ha elismerjük, Németország sok mindenben példamutató módon működik. De a hasznot ők teszik zsebre. A szókimondó Trump elnök erről ezt mondta: az EU egy eszköz Németország kezében, melyet saját céljai elérése érdekében használ, más szóval az EU legfőbbképpen Németország számára előnyös. Más szavakkal, de ugyanezt mondta Dobozi István, a Világbank volt vezető közgazdásza: az EU made for Germany arcot kezd nyújtani. Berlin pedig semmit sem tesz a távlatilag fenntarthatatlan kereskedelmi és pénzügyi egyensúlytalanságok korrigálásáért. Németország azonban csak az EU-ból nézve nagy és sikeres ország. Valójában leszakadóban van az USA és a nagy, fejlődő országok (pl. Kína, India) mögött. Németország jelentős kockázatokkal néz szembe, ilyen pl. a szabályozatlan migráció, és annak következményei, a német lakosság gyors csökkenése (az alacsony gyermekszülési ráta miatt), lemaradás a legkorszerűbb informatikai megoldások (Google, Facebook stb.) terén. A német Iparkamara szerint a digitális késedelem az országnak 2025-ig 220 milliárd euró veszteséget fog okozni. Az egész EU vonatkozásában ez a veszteség 600 milliárd euróra fog rúgni. Sok vélemény szerint Németország középtávon nem szilícium-völggyé hanem ipari múzeummá válhat. De a legnagyobb veszélyt a most 82 milliós Németországra a demográfiai változás jelenti: 2050-re már csak 65 milliós lakossága lesz, nagy szakképzett munkaerőhiánnyal, hatalmas nyugdíjas réteggel és a nagyvárosokban muzulmán többséggel kell számolni. EU energetikai körkép Az elmúlt években a világ energetikájában nagy változások történtek: A szénhidrogén kutatás és kitermelés sikerei következtében világszerte nagy az olaj- és gázkínálat. A túltermelés az olaj és gázárak erős csökkenéséhez vezettek. Az LNG megjelenése a földgázt is globális termékké tette. A korábban nagy olaj és gázimportőr USA mindkét energiahordozóból önellátóvá, sőt exportőrré vált. Az USA gázimportja most más piacokon (EU és Távol-Kelet) keresi a helyét. Az USA-ban a rendkívül olcsó palagáz kiszorítja a helyi széntermelést a belpiacról, az olcsó amerikai szén átáramlik Európába. Az EU olaj- és gázellátása biztonságos, azonban bizonyos hangsúlyok eltolódtak. Az orosz földgáz nagy része mára már az Északi Áramlaton érkezik Európába, a közvetlen orosz-német vezeték-kapcsolaton, melynek következtében Németország kulcsszerephez jut (nyilván nem véletlenül) a közép-európai gázellátásban. Nyugat-Európában sok LNG terminál épült, a növekvő LNG import Afrikából, a Közép-Keletről és kisebb mennyiségben még sokféle forrásból érkezik, elősegítve az orosz gázfüggés csökkenését. Az olcsó amerikai szén is megjelenik az európai piacokon. Feladata többek között a leállított, illetve a jövőben leállítandó német atomerőművek termelésének pótlása. (Ez az EU környezetpolitikájának egyik ellentmondása: a zéró emiszsziójú atomerőműveket leállítjuk, és erősen emittáló szénerőművekkel pótoljuk őket. Emiatt a német CO 2 emissziók jelenleg nőnek.) A legnagyobb változást azonban egy alapvető fordulat okozza. A XXI. században a fosszilis energiák termelését és árát már nem az energiapiac szabja meg, hanem a környezetvédelem! A következmény drámai, a villamosenergia-piacon a fosszilis tüzelőanyagok háttérbe szorulnak, és helyüket átveszik a gyorsan fejlődő megújuló energiák, elsősorban a szél- és napenergia (a kötelező átvétel segítségével). Eközben a villamosenergia-szektor hagyományos szereplői, pl. a német szenes és földgáz erőművek üzemeltetői (E.ON, RWE) súlyos anyagi gondokkal küzdenek, részvényeik gyorsan veszítik értéküket. A szabályozásra alkalmas foszszilis erőművek háttérbe szorulása azonban negatívan befolyásolja az ellátásbiztonságot. A prognózisok szerint az EU energia fogyasztása a 2030-ig terjedő időszakban stagnálni fog, míg a fő riválisok fogyasztás-növekedése a következők szerint alakul: Japán 0%, US 1%, Közép-Kelet 10%, dél-kelet Ázsia 11%, India 18%, Kína 31%. Azaz az energiafelhasználás növekedésének súlypontjai áttevődnek a fejlődő országokba, míg a fejlett világ fogyasztása nem változik. 1. ábra. Az EU energia-mixe, 2014 Forrás: EU Energy pocketbook, 2016 Legfőbb energetikai EU célok: 2030-ig a GHG emissziókat 40%- kal kell csökkenteni, a megújuló energiák részarányát és az energiahatékonyságot 27%-kal kell növelni. Az EU energia-mixe azonban sokat változik. Míg a szén és részben az olajfogyasztás csökkenni fog, addig a megújuló energiák és a földgáz nő. Az EU villamosenergia felhasználása a 2000-es bázishoz képest 2050-ig 50%-kal nő. Nagy gond az EU-ban a magas energiaimport függés, mely 54%-os, melyet még kiegészít a nukleáris import (2014-ben 14%). Különösen magas az orosz függés, a gázimport 38%-a, az olajimport 30%-a, a szén-import 29%-a Oroszországból érkezik. Az EU az import diverzifikációjával, az átviteli elektromos és gázvezetékek fokőolaj gáz szilárd tüzelőanyagok atom megújulók hulladék 68 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

71 Molnár L.: Németország hatása az európai gazdasági és energetikai helyzetre kozott kiépítésével, az energiahatékonyság és a megújuló energiák gyors fejlesztésével küzd az ellátás biztonság javításáért. A következőkben ez utóbbi kérdést tekintjük át. Az EU villamosenergia-szektor alakulása 2025-ig között a havi csúcsfogyasztás évi 0,9%-kal nő, míg az áramfogyasztás évi növekedése 0,8% után a fosszilis kapacitások összességében csökkennek, és a gáztüzelésű erőművek egyre inkább helyettesítik a széntüzelésűeket. A prognózisok szerint a gáztüzelésű erőművi kapacitások 2025-ig 22 GW-tal (1,13%-kal) nőnek ig a nukleáris kapacitások változatlanok maradnak (120 GW) között a kapacitások 12%-kal csökkennek. A megújuló energiák gyorsan nőnek. A vízenergia stagnál, de a szélenergia és a napenergia kapacitások 80, illetve 60%-kal nőnek 2025-ig. A biomassza és az egyéb megújuló technológiák marginális szerepet kapnak. A kapacitások alakulása az EU-ban A nem megbízhatóan rendelkezésre álló kapacitások (UC) szoros korrelációban állnak a különféle megújuló energiák penetrációjával között a nettó termelő kapacitások növekedésének 94%-a UC-nak számít (=137GW), míg a megbízhatóan rendelkezésre álló kapacitások növekedése csupán 9 GW-ot tesz ki. A nem megbízható kapacitások (szél, nap) növekedése komoly szabályozási kockázatot jelent. Páneurópai szinten megállapítható, hogy az európai átviteli vezetékhálózat képes a szükséges importot az importáló országokhoz eljuttatni, amennyiben 2025-ig a tervezett határkeresztező vezetékek elkészülnek. Azonban az importra szoruló országok száma nő, és megnő a határkeresztező áram szállítások értéke, mely az ellátásbiztonság szempontjából növekvő kockázatot jelent között Belgium, Dánia, Finnország, Szlovákia áramimportra szorul tól Németország is importra szorul télen, a fosszilis, majd később az atomerőművek leállítása miatt. Németország áramimport függősége nő után a növekvő megújuló energia penetráció miatt általában nő az import-igény. Egyre több ország válik importőrré után már Franciaország, Olaszország, Lengyelország is Finnország is importra szorul. Nagy kérdés, honnan tudnak majd importálni. A mag Európában csökkenek, Kelet-Európában nőnek a foszszilis kapacitások. A fosszilis kapacitások országonkénti változása között, a 2016-os nettó termelő kapacitások %-ában, az EU-ban az alábbiak szerint alakul: Belgiumban 20% feletti, Horvátországban 10-20% közötti, Lettországban, Lengyelországban, Magyarországon, Romániában, Bulgáriában 0-10%-os növekedés várható. Az összes többi EU tagállamban 0-10%-os, Szlovákiában, Észtországban, Litvániában, Dániában, Írországban 10% feletti kapacitás csökkenés várható. Látható, az öt nagy EU tagállamban, Németországban, Franciaországban, az Egyesült Királyságban, Olaszországban és Spanyolországban csökkennek a fosszilis kapacitások, míg ugyanitt nőnek megújulók. Mindez az ellátásbiztonság romlásával jár. Az ellátásbiztonság alakulása az EU-ban A World Energy Council (WEC) fenntarthatósági definíciója három alapvető tényezőre épül: 1. Energia biztonság; 2. Energia hozzáférhetőség és megfizethetőség; 3. Környezeti fenntarthatóság. Az Energia Trilemma Index a fenti 3 szempontból rangsorolja az országokat, és lehetőséget terem a haladás mérésére. Hol a legbiztonságosabb az energiaellátás? Ezt mutatja az 1. táblázat. 1. táblázat: A évi Energia Trilemma Index, a top 10 Rangsor Országok 1. Dánia 2. Svájc 3. Svédország 4. Hollandia 5. Németország 6. Franciaország 7. Norvégia 8. Finnország 9. Új-Zéland 10. Ausztria Jelenleg még Németország energiaellátása biztonságos. Tekintsük át, milyen hatásai vannak a német Energia fordulatnak, az Energiewendének a német villamosenergia-ellátásra. Bár 2016-ban az európai országok vezetik az Energia Trilemma rangsort, mégis a fenntarthatóság mellett nagy figyelmet kell fordítaniuk az energiaellátás biztonságára, a hozzáférhetőségre és a megfizethetőségre. Németország az 5. helyen áll a 2016-os Trilemma listán, de a jövőt nézve Németország áll első helyen az ún. negatív listán, azaz Németországban romlik leginkább energia ellátás biztonság, az atom és a szén kiselejtezése és az időjárás és napszak függő szélés napenergia voluntarista fejlesztése miatt. Miért? Az ok a német Energia fordulat, mely célul tűzi ki a megújuló energiák erőltetett fejlesztését, a primerenergia fogyasztás és a CO 2 emissziók csökkentését, a szenes és a földgáz tüzelésű erőművek háttérbe szorítását, továbbá 2022-ig a német atomerőművek leállítását (2014-ben 14% a német árammixben). A megújuló energiák áramának kötelező átvétele, emelt áron, az átvételt garantáló hosszú távú szerződések kiszorítják a piacról a szén- és gáztüzelésű erőműveket. A fosszilis erőművek csak alacsony óraszámmal működnek, így veszteségesek, ezért a befektetők nem építenek új szenes és gázos erőműveket, sőt, a meglévőeket is leállítják, ezért egyre csökken a szabályozó energia. A következmény: romló ellátásbiztonság. Rendszerszabályozási kérdések 2016 május 16-án, a német szélturbinák és PV panelek 15 percre majdnem ellátták villannyal Németországot, és ezzel az eladhatatlan szén- és földgázerőművi áram ára zuhanni kezdett, és 50 /MWh-ás negatív ár képződött, jelentős kárt okozva ezzel számos energiapiaci szereplőnek. Ugyanabban az évben a német szélturbinák és PV panelek kb. évi 600 órában alig termelnek. A szél- és napenergia 600 órás termelési szünetére továbbá a szélcsendes téli napokra kell a sok szabályozó kapacitás. Az E.ON tapasztalatai alapján 30% feletti megújuló penetráció esetén a belépő megújuló termelés 90%-át le kell fedni szabályozható energiatermeléssel. Ehhez kell(ene) a rengeteg szabályozási kapacitás, de a tartalék-kapacitások fenntartását egyelőre senki sem hajlandó megfizet- ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 69

72 Molnár L.: Németország hatása az európai gazdasági és energetikai helyzetre ni. Ezzel kapcsolatban tesszük fel az alábbi kérdéseket: Elég-e az energiapiac, vagy kell-e kapacitás piac is? Milyen kapacitás mechanizmust használjunk? Ki fizesse a szenes-gázos tartalék-kapacitásokat? Regionális tartalék képzés vs. nemzeti szuverenitás? Vannak nemzeti szintű megoldás-keresések, de ezekre a kérdésekre az EU még nem adott választ. A német rendszert domináló óriási szél- és napenergia kapacitások ellátási zavart keltenek a régióban. A megújulós mottót, a helyben megtermelt energiát helyben fogyaszd el!, semmibe véve, az észak-német szél és napenergia telepekről az áramot ezer kmekre, Dél-Németországba tranzitálják. A reggeli órákban, mikor az éjszaka működő atom- és fosszilis erőművek még termelnek, és beindul a napenergia és esetleg a szél is, a túltermelés árama az ún. hurokáramok révén becsap a szomszéd Benelux államokba, Franciaországba, illetve Lengyelországba, Csehországba, ahol az ottani rendszerek tervezett működését megzavarják. A hurokáramok évi egymilliárd eurónyi, úgynevezett jóléti veszteséget okoznak Európában a villamosenergia-rendszerekben. A károkat a szomszéd országok viselik el. A megoldás a hálózatfejlesztés (amit Németország nem hajt végre), valamint a termelés és a fogyasztás struktúrájának, eloszlásának szabályozása. A német szél és napenergia fejlesztése Az Energiewende célkitűzéseinek megfelelően rendkívül gyors ütemben fejlődik Németországban a nap és szélenergia bázisú áramtermelés ben a szélenergia 45 ezer MW-os kapacitással 86TWh áramot termelt, hazai teljes áramfogyasztás kétszeresét. A szolár-cellák 41 ezer MW-tal 39TWh-t termeltek. A szél és napenergia hatalmas fejlesztése mögött a német Megújuló energia törvényben (EEG) előírt adó áll, mely a lakosságot terheli. 2. ábra. A Megújuló energia adó alakulása, eurócent/kwh, Forrás: óta Németországban az áram árának több mint felét az adók teszik ki. Ezek között is legnagyobb tétel az EEG adó, mely a 2012-es 3,5 cent/kwh-ról 2017-re 6,88 cent/kwh-ra (kb. 21 Ft/kWh) nőtt. Az EEG adó mostanra egy átlagos háztartás (4000 kwh/év fogyasztással) esetén az áramdíj 23%-át teszi ki. Az EEG adót főképp a háztatások fizetik, míg az iparvállalatok hogy helyet tudjanak állni a nemzetközi versenyben felmentést kapnak ezen adó befizetésétől. A háztartások áramárai Németországban, Dániával együtt a legmagasabbak az EU-ban, 2014-ben a német ár 29,2 euró/100 kwh, az EU átlagár 20,8, a magyar ár 11,5 euró/100 kwh. A német fogyasztók nagy árat fizetnek a szoláris és szélenergia támogatására. A szél- és a napenergiás áram ára Drága vagy olcsó? Teljes életciklusra számolva drága. De ha az állam kifizeti a beruházási költséget, akkor már kedvezőbb a helyzet. Ha a működést is megtámogatják (kötelező átvétel, emelt áron), akkor a költség még kedvezőbb, azaz így már olcsó. Németország évi 23 mrd euróval (2 db Paks2 ára) támogatja megújulókat, ezután a megújulók már olcsók. De a megújulók beruházási költségei magasak, pl. egy szolár PV 6 év alatt termeli meg a beruházás-lebontás energia- és munka-igényét. A német megújuló energiák gyors felfutását nem a megújulók magas versenyképessége okozza, hanem a rendkívül nagy beruházási és ár-támogatás. A fajlagos német támogatások szor nagyobbak, mint a fejlett országokban. Kínánál 50-szer, Indiánál 160-szor nagyobb a német egy főre jutó támogatás. A hatalmas, évi 25 milliárd USD körüli megújuló energia támogatás azonban sok zavaros elemet is tartalmaz. Lássunk néhány ilyen véleményt! Vélemények a német Energiewendéről Számos külföldi és belföldi politikus és szakember bírálja az Energiewendét. Mit mondott Christian Kern osztrák kancellár? Kifejtette, hogy az Energiewende eddigi végrehajtása alacsony hatékonyságú volt. Megállapította, nem a legjobb és legtisztább technológiát támogatjuk, hanem azt, amely mögött a legjobb lobbisták állnak. A német Számvevőszék beszámolója szerint a német szövetségi kormány súlyos hibákat követ el az Energiewende végrehajtása során, a költségek elszabadultak. A vizsgálók különösen élesen kritizálják a Szövetségi Gazdasági Minisztériumot (BMW), mely nem tájékoztatja a lakosságot az Energiewende projekt tényleges költségeiről. Mint írják, a BMW nem képes áttekinteni az Energiewende projekt pénzügyi következményeit. Elemi kérdések, mint mibe kerül az Energiewende az államnak?, vagy mennyiből kellene megvalósítani az Energiewendét? nincsenek feltéve, és maradnak megválaszolatlanok. A Számvevőszék komoly kockázatát látja annak, hogy a következő években az Energiewende költségei tovább nőnek. Egy átlagos háztartás már most is évi 240 eurót fizet az EEG adóra. Ehhez adódik még hozzá a szél- és napenergiás telepek üzemeltetőinek fizetett költségtérítés. Úgy néz ki, a költségek folyamatos növekedésével lehet számolni. A londoni World Energy Council 35 szakértőre ebből 20 európai kiterjedő felmérést készített. A szakértők kétkednek abban, hogy Németország teljesíteni tudja 2020-as klímavállalásait, elsősorban a leállított atomerőműveket pótló szenes erőművek terjedése miatt (ezt a kormányzati dokumentumok is így látják). Senki sem értett egyet azzal, hogy a 17 német atomerőműből a kancellár, egy héttel Fukushima után, 8-at leállíttatott, a maradék atomerőműveket 2023-ig kell leállítani. Hasonlóan egyhangú elutasításban részesült a német javaslat, hogy az Energiewende legyen minta más országok számára. Érdekes megállapítása a WEC felmérésnek, hogy Németország egyike azon országoknak, melyek a legkevésbé alkalmasak az Energiewende végrehajtására, mivel Németország, egy északi fekvésű, borús, esős időjárású, és nem igazán szeles ország, világszerte a legkedvezőtlenebb szolár PV és szélenergia adottságokkal rendelkezik, és más megújuló energiákban is szegény. Pl ben a 39GW német szélturbina kevesebb áramot termelt, mint a 23 GW Spanyolországban (a német szélturbinák kapacitás-értéke csak 15-20%). A dubai szolár PV telepek is fajlagosan kétszer annyi áramot termelnek, mint a németek. A WEC szakértők szerint a világ szinte minden országában olcsóbb lenne egy hasonló fordulat, mint Németországban, továbbá az atomenergia leállítása szakmaiatlan, felelőtlen döntés volt. Összefogla- 70 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

73 Molnár L.: Németország hatása az európai gazdasági és energetikai helyzetre lóan: World Energy Council (WEC) survey finds Energiewende not model for the world (azaz a WEC felmérés szerint az Energiewende nem minta a világ részére). A Handelsblatt szeptember 29-ei számában Az Energiewende az áramfogyasztóknak 28 Milliárd Euróba kerül évente címmel jelent meg cikk, melyben a német villamosenergia-ipar vezetői nyilatkoznak az Energiewende hatásairól. Ezek szerint a meglévő erőművek helyzete egyre nehezebb, egyre több erőművet állítanak le, miközben a tervezett új erőművek fele várhatóan a tervezőasztalon marad, sohasem épül meg, pedig nagy szükség lenne gáz- és széntüzelésű erőművekre. A hírek szerint összesen 57 konvencionális erőmű leállítását tervezik. Ennek oka az, hogy az Energiewende miatt ezeknek az erőműveknek nem nyereséges az üzemeltetése. Az Energiewende kezdetekor azt ígérte a kormány, hogy az energiaárak stabilak és nemzetközi összevetésben kedvezőek lesznek. Egyik ígéret sem valósult meg, és a legújabb számítások azt mutatják, az árak évről évre emelkedni fognak. Végezetül álljon itt egy olvasói vélemény a Handelsblattból: az Energiewende a legrosszabb gazdaságpolitikai döntés volt az NSZK történetében. Miért ragaszkodik Berlin az Energiewendéhez? A német állam ugyanakkor nagyon büszke arra, hogy az Energiewende mintegy 400 ezer új munkahelyet teremtett. Azonban ezek a munkahelyek gazdaságilag nagyon hasonlítanak az itthoni közmunkához. Itt is, ott is állami pénzből létrehozott munkahelyekről van szó. Ha összevetjük az amerikai nem-konvencionális olaj és gáz-fejlesztés gazdasági hatásait a német megújuló energiák foglalkoztatási és pénzügyi eredményeivel, akkor a következőket látjuk: Az USA-ban a nem-konvencionális olaj- és gázipar 1,7 millió új munkahelyet hozott létre, és 2012-ben 62 milliárd USD jövedelmet termelt; Németországban a megújuló energiák területén 450 ezer új munkahely jött létre, 37 milliárd Euro állami támogatással (a GDP 1,5%-a). Jól látható, a pala-forradalom jelentős profitot termelt, és rengeteg munkahelyet hozott létre. Ezzel szemben a német megoldás óriási támogatást igényel évente 4-5 korszerű atomerőművi blokk árát és kisebb foglalkoztatási eredménnyel járt. Amin a németek keresni tudnak, az az új zöld technológiák exportja a többi EU tagállam részére. Ezzel a lehetőséggel a németek igencsak élnek, és a Brüsszeltől kapott támogatások így jutnak vissza Németországba. Berlin ragaszkodása az Energiewendéhez politikai eredetű. Ezzel a zöld politikával Németországban rengeteg szavazatot lehet szerezni, s ez a politika hozzájárult a kancellár többszöri újraválasztásához. Az Energiewendének nincs igazi hozzájárulása a globális klímavédelemhez. Ha Berlin ugyanezt a pénzt energiahatékonysági fejlesztésekre, atomerőmű parkjának megőrzésére vagy a nagy CO 2 emittáló országok (pl. Kína, India) megsegítésére fordította volna, sokkal nagyobb lenne a klímavédelmi hatás. Bede Gábor a Budapesti Műszaki Egyetemen 1963-ban szerzett gépészmérnöki oklevelet a hőerőgépész ágazaton. Attól kezdve egész pályafutása a Műegyetemhez kötődött. Oktatói munkáját a Lévai András vezette Hőerőművek Tanszéken kezdte, majd az oktatási egységek átszervezése után a Hő- és Rendszertechnikai Intézetben, az Energetika Tanszéken és az Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszéken folytatta. Tudományos, szakmai és oktatási munkájában központi szerepet kapott az atomenergetika és a légszennyezés légköri folyamatainak vizsgálata. Ezek mellett az energetika számos más területével is foglalkozott, többek között erőművi körfolyamatok vizsgálatával. Ez utóbbi területen a tápvíz-előmelegítő rendszer optimalizálásával foglalkozó disszertációja alapján nyerte el ben a Magyar Tudományos Akadémián a műszaki tudományok kandidátusa címet, majd a kandidátusi cím alapján 1995-ben a BME-n a PhD fokozatot. Akkori eredményeinek egy része a mai napig megtalálható az Erőművek tantárgy oktatási anyagában. Az egyetemi pályafutása nem jelentett bezárkózást a Műegyetem falai közé, tanított a Felsőfokú Villamosenergiaipari Technikumban, félállásban vagy megbízásos jogviszonyban dolgozott többek között a VEIKI-nek, az Energiafelügyeletnek, az Országos Atomenergia Bizottságnak. és az Országos Atomenergia Hivatalnak. Külföldi kapcsolatai közül a legjelentősebbek a több mint féléves ösztöndíjas útja a francia EdF-nél és a sokszori látogatás a Elhunyt Bede Gábor Moszkvai Energetikai Egyetemen a velük folytatott másfél évtizedes szakmai együttműködés keretében. Jelentős szerepet játszott az energetikai képzés fejlesztésében is. Részt vett az Egyetemi Tanreaktor (ma Nukleáris Technikai Intézet) reaktorán végezhető hallgatói mérések kidolgozásában, több mint 20 évig vezette a Hőerőművek tanszék, majd jogutódjának izotóp-laboratóriumát. Részt vett a Paksi Atomerőmű és a BME Gépészmérnöki Kar közös energetikai mérnökképzésének kialakításában, majd 15 éven keresztül kari ill. tanszéki felelősként annak szervezésében, irányításában. Oktatási munkáját számos jegyzet fémjelzi: a Felsőfokú Villamosenergiaipari Technikum számára írt Hőerőművek (1967), a BME-n használt Hőerőművek. Tervezési segédlet (1967), a Csom Gyula által szerkesztett Atomtechnikai mérések (1973) egyes fejezetei, a Szennyezőanyagok terjedése a légkörben (1976), a Reaktorelmélet reaktortechnika (1982) és az egyetemi nívódíjas Izotóptechnika (1984) jegyzetek. Ezek mellett mintegy 100 folyóiratcikket és konferencia dolgozatot írt, nagyrészt az ETE és a MET folyóiratai és konferenciái számára, de jó néhány külföldi folyóiratokban is megjelent. Alapító tagja volt a Magyar Nukleáris Társaságnak, tagja az Energiagazdálkodási Tudományos Egyesületnek és a Magyar Energetikai Társaságnak. Emlékét és szellemiségét megőrizzük! Dr. Gróf Gyula, tanszékvezető Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 71

74 Hozzájárulás a virtuális erőmű épitéséhez: 78 kw Vákuumos pótvíz gáztalanító létesítése 1 a Rákoskeresztúri fűtőműben Orbán Tibor okl. gépészmérnök, torban@fotav.hu Szalai Szabolcs épületgépész mérnök, szszalai@fotav.hu László Tamás okl. bányamérnök; tamas_laszlo@chello.hu A FŐTÁV Zrt. Rákoskeresztúri fűtőművében a pótvíz előállításához szükséges gáztalanitási műveletet korábban termikus technológiával látta el. Ezt a rendszert vákuumos gáztalanító rendszer váltotta fel. Az átalakítás eredményeként az elmúlt két év megtakarításait átlagolva megállapítható, hogy a Fűtőműnél a földgázfogyasztás 3487 GJ/év mennyiséggel csökkent és a villamosenergia-fogyasztás kismértékű növekedése ellenére összességében 935,4 MWh/év energia-megtakarítást ért el a vállalat. 1 * The Budapest District Heating Company in its heating station at Rákoskeresztúr for the degasification of additional fresh water earlier used thermical technology. This technology was chaged for vacuum desification method. The result of the technology change is saving of 3487 GJ/y natural gas and the balance of the technology change inspite of the increased power consumprtion became 935,4 MWh/y. * * * A rekonstrukció ismertetése A FŐTÁV Zrt. Rákoskeresztúri fűtőművében a pótvíz előállításához szükséges gáztalanitási műveletet korábban termikus technológiával látta el. Ennek lényege, hogy az ioncserével lágyított víz telített állapotra melegítésével elérhető, hogy a víz már nem képes oldatban tartani a benne lévő gázokat, így a csővezetékre káros oxigén és szén-dioxid is távozik a vízből az eljárás során. Ezt a rendszert vákuumos gáztalanító rendszer váltotta fel, amelynek működési alapelve a telített állapotban lévő víz gázokat megkötő képessége lecsökken ugyanaz, viszont a telített állapotot nem a magas hőmérséklet, hanem a víz nyomásának megfelelő szintre való csökkentése (vákuumozása) hozza létre. Energetikailag a vákuumos rendszer előnyét az biztosítja, hogy, ugyan több villamos energiát igényel, de nincs szükség a termikus eljárásnál szükséges gőz előállítására, ami összességében jelentős tüzelőanyag megtakarítást eredményez. Az új rendszer 2014-ben valósult meg, és december 23-a óta folyamatosan üzemel. A korábbi termikus gáztalanító rendszer A lágyvíz az előmelegítőn felmelegítve kerül a gáztalanítós pótvíz tartály tetejére a távhőrendszerből tágulás során elfolyó vízzel együtt. Az ellenáramban érkező gőz telített állapotig melegíti a belépő vizet, illetve elvégzi a gáztalanítást, majd a gázokkal együtt a szabadba távozik. A gáztalanított víz egy része szolgál a gőzkazán 1 A cikk a Virtuális Erőmű Program megbízásából készült. tápvizének, illetve a távhőrendszer pótvizének. A gőzkazán telített állapotú kisnyomású gőzt állít elő földgáztüzeléssel. A Na+-os ioncserés vízlágyítás miatt a kazánvíz megfelelő kondicionálása érdekében lelúgozás is történik aminek mértéke szintén nem elhanyagolható. földgáz Gáz Gőz Víz Távfűtés Vill. Energia kazán lelúgozás GK GK Gőzkazán GPT Gáztalanítós pótvíz tartály EM Előmelegítő TSZ Tápszivattyú PSZ Pótvíz szivattyú TSZ vill.e Páragőz GPT Távfűtésből elfolyó víz lágyvíz Hőenergia a távfűtési rendszerből Pótvíz Hő en. (Távhő) Lágyvíz Gáztalanítós pótvíz tart. Elfolyó víz Vill.e. Vill.e. PSZ vill.e EM 1. ábra. A korábbi termikus gáztalanító rendszer A beépített vákuumos gáztalanító rendszer A lágyvíz az előmelegítőn keresztül jut a gáztalanítós pótvíztartályba, ami csak a tárolás funkcióját látja el. Innen a víz egy része a gáztalanító tartályba kerül, ahol vákuum uralkodik, amit a hozzá kapcsolódó vízgyűrűs vákuum szivattyú tart folyamatosan fenn. Az alacsony nyomás miatt a víz a tartályban telített állapotba kerül, és az oldott gázokat leadja. A kigáztalanított víz a tárolótartályba kerül, a távfűtési rendszer tágulása miatt túlfolyó vízzel együtt. A pótvíztartályból a víz egy része a távfűtési rendszerbe kerül, mint pótvíz, míg a másik része a belépő lágyvízzel együtt az előmelegítőre jut. Ez utóbbi részáram biztosítja a pótvíz megfele- Előmelegítő Vill.e. Vákuum szivattyú Lágyvíz Gáztalanító Hőn tartó sziv Pótvíz tartály Vegyszer adagoló Keverő 2. ábra. A beépített vákuumos gáztalanító rendszer Pótvíz szivattyú Pótvíz Vill.e. 72 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

75 Orbán T., Szalai Sz., László T.: Vákuumos pótvíz gáztalanító létesítése a Rákoskeresztúri fűtőműben lő hőmérsékleten tartását. A pótvíz, mielőtt a rendszerbe kerülne, még egy vegyszeres gáztalanító rendszeren halad át, amely csak akkor adagol vegyszert a rendszerbe, ha annak O 2 tartalma még meghaladja az előírt mértéket. Energetikai adatok Sem a termikus, sem a vákuumos gáztalanítás rendszeréről nem állnak rendelkezésre teljes körűen kiépített mérésből származó adatsorok, ezért a méréssel nem rendelkező energiaáramok műszaki számításokon alapuló becsléssel kerültek meghatározásra. Az energiamennyiségek éves energia- és anyagáramok mérlegével kerültek kiszámításra. A becslés eredményei Az energiamérlegek alapján a fejlesztést megelőző ( ) időszakra, illetve a fejlesztést követő ( ) időszakra is meghatározásra kerültek az egyes energiafogyasztások. A év az új rendszer kiépítése és üzembe helyezése miatt nem lett figyelembe véve. Termikus gáztalanítás Vákuumos gáztalanítás Me Pótvíz mennyiség m Földgáz GJ Hőenergia a távhőrendszerből GJ Villamos energia kwh Energia megtakarítási számítás Az éves energiafelhasználást mind a termikus, mind a vákuumos technológia használata esetén a pótvíz mennyisége nagyban befolyásolja, ezért a és a évek megtakarításai a termikus gáztalanítás energiafelhasználási adataiból és pótvíz menynyiségeiből arányosítással kerültek meghatározásra. Az elmúlt két évre vonatkozó számítások végeredményét az alábbi táblázatok foglalják össze: 2015 Termikus Vákuumos Megtakarítás Pótvíz mennyiség m Hőenergia tüzelőanyagra GJ átszámítva Villamos energia kwh Villamos energia primerenergia kwh felhasználása Összes primerenergia felhasználás kwh Termikus Vákuumos Megtakarítás Pótvíz mennyiség m Hőenergia tüzelőanyagra GJ átszámítva Villamos energia kwh Villamos energia primerenergia kwh felhasználása Összes primerenergia felhasználás kwh Me Termikus gáztalanítás Vákuumos gáztalanítás Az átalakítás eredményeként az elmúlt két év megtakarításait átlagolva megállapítható, hogy a telephelyen, Pótvíz mennyiség m Referencia hatásfok % 90,00% 90,00% 90,00% 90,00% Hőenergia a távhőrendszerből GJ Tüzelőanyag GJ kwh Villamos energia kwh Villamos energia primerenergia felhasználása kwh a földgázfogyasztás GJ-lal (968,61 MWh) csökkent, a villamosenergia-fogyasztás 33,18 MWh-val nőtt, a primerenergia fogyasztás összességében 935,43 MWhval csökkent. A projekt hozzájárulása a Virtuális Erőmű programhoz Fentiek alapján a felújítás eredményeként 935,4 MWh hőenergiamegtakarítást sikerült elérni. A VEP szempontjából elfogadható villamos teljesítménycsökkenés: Összes primerenergia felhasználás kwh ahol: P VEP = Q VE η / τ CS = (935,4 MWh 50%) : h = 78,0 kw A távhőrendszerből származó hőenergiát a hőtermelés hatásfokának referenciaértékével (90%) számítottuk át földgázfelhasználásra. A villamos energia primerenergia felhasználásához a primerenergia felhasználási tényezőjét 2,5-ra vettük fel. P VEP Q VE η τ CS a VEP szempontjából értékelt villamos teljesítmény csökkenés a teljesítmény számítás alapját képező hőenergia megtakarítás átlagos erőműi hatásfok erőműi éves csúcsidei üzemóraszám Összegezve a Rákoskeresztúri pótvíz gáztalanítás átalakítása 78,0 kw értékkel járult hozzá a virtuális erőmű építéséhez. ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 73

76 A címben szereplő megnevezés, 50 évvel ezelőtt április 2-án került megfogalmazásra a beruházási célokmányban, amelyet a kormány felhatalmazása alapján az akkori nehézipari miniszter, Dr. Lévárdi Ferenc írt alá. Előzmények A magyar kormány megbízása alapján, 1966 nyarán kormányszintű tárgyalások kezdődtek az első magyar atomerőmű megépítésre. Ennek eredményeként a kormányközi egyezmény aláírására december 28-án került sor Budapesten. A tárgyalások megkezdésével párhuzamosan a magyar tervezők megkezdték az elsődleges vizsgálatokat, felmérték a telephely-lehetőségeket. Mivel tapasztalattal nem rendelkeztünk így a kiindulási szempontok alapvetően megegyeztek az addig tervezett magyar, zömében szénerőműveknél alkalmazottakkal. Nevezetesen: hidrológiai viszonyok, a hűtővízellátás szempontjából; energiaellátási súlypont meghatározása, a termelt energia szállítási igényének meghatározása szempontjából; településfejlesztési szempontok. A fent leírt szempontokból jelen esetben elsődlegesen meghatározó volt a hűtővízellátás. Akkor az egyezmény tervezet egy 800 MW-os atomerőművet irányzott elő. E mellett az erőmű tervezési gyakorlatot követve, a telephelyet bővítést feltételezve kellett kiválasztani. A jelen esetben egy 2000 MW-os atomerőmű hűtővízigényével számoltak. Ezt a vízmennyiséget (120 köbméter/szekundum) Magyarországon csak a Duna biztosíthatja anélkül, hogy a kivett és 8 fokkal felmelegített viszszakeringtetett víz a folyó élővilágában károkat ne okozzon. Az akkori energiatermelési rés felhasználási mérleg azt mutatta, hogy egy ilyen teljesítményű erőművet Dunaújvárostól délre célszerű elhelyezni. E két fő szempont figyelembevételével jutottak el a Magyar tervezők négy lehetséges telephelyváltozat meghatározásához. Ebből kettő a Duna jobb és kettő a bal partján helyezkedik el: Paks, Bogyiszló, Dusnok, és Solt települések térségében. A továbbiakban - a december közepén megérkezett, atomerőmű telephely kiválasztásban jártas szovjet szakértő csoporttal közösen - erre a négy telephelyre vonatkozott a vizsgálat a következő speciális szempontok alapján: mérnökgeologiai, földrengés viszonyok; árvízvédelem, területfeltöltés; népsűrűség, védőzónán belüli lakosság, kisajátítások; meteorológiai viszonyok, szélirány és sebesség, csapadék viszonyok; vízrajz, belvízhelyzet közlekedés, szállítás, lakótelep elhelyezés. December végére a két szakértő csoport abban egyetértett, hogy a további vizsgálatok a Duna jobb partján lévő két telephelyre korlátozódjanak. Ezt követően egyre inkább érződött, hogy a két telephely tekintetében a szakértő csoportok véleménye eltér. A különbség abból adódott, hogy a magyar tervezői csoport nem vitatva a szovjet érveket, H Í R E K Paksi atomerőmű, Paks de előtérbe helyezte a Városépítési Tervező Intézet (VÁTI) véleményét. Ennek az intézetnek volt több részletes tanulmánya. Az egyikben azt vizsgálta, hogy az elkövetkező években az országban mely településeket lehet várossá fejleszteni. Ezek között nem szerepelt Paks. A másik tanulmánynak a központjában az állt, hogy Szekszárdot az akkor legkisebb lélekszámú megye központot, hogyan lehetne egy korszerű nagyvárossá fejleszteni. Bogyiszló térségében, közel Szekszárdhoz a folyami szállítást is felhasználva, egy széleskörű iparfejlesztést terveztek (papíripari kombinátot, hajó- és daru gyárat). Ez természetesen egy vágyálom volt, mert az iparfejlesztésben ilyen konkrét tervek akkor nem szerepeltek. Az atomerőmű odaépítése azonban ezt az elképzelést alátámasztotta volna. Ehhez az állásponthoz természetesen csatlakozott az akkori Tolna megyei vezetés is. Így alakulhatott ki január közepére egy olyan helyzet, hogy a két szakértő csoport eltérő véleményen volt. Akkor is, de ma már különösen érthető a két különböző álláspont. A magyar szakértők atomerőműves tapasztalattal nem rendelkeztek, de Magyarországon éltek és az elképzelt településfejlesztési elveket akarták támogatni. A szovjet szakértők az otthoni és nemzetközi tapasztalatok alapján, csak is a biztonsági szempontokat vehették figyelembe, Ők a településfejlesztési szempontokat utolsó helyre sorolták. Az iparági vezetésnek azonban dönteni kellett így február 16.-án egy iparági zsűrin felelősen csak egyet tehettünk, hogy a szovjet szakértők nagyon alapos és széleskörű érvelését fogadjuk el. A döntés utáni események Az akkori beruházási rend szerint a döntést követően április 12.-re a beruházó vállalat (ERBE) igazgatója helyszíni szemlét hirdetett, 36 szervezet meghívásával. A Szemlén résztvevők a miniszter döntését nem írhatták felül, de észrevételt tehettek, amelyeket a kiviteli tervezés során figyelembe kellett venni. Fontos volt ez a szemle, mert az akkori tudásunk alapján, az országos és térségi hatóságok részletes tájékoztatás mellett ismerhették meg a területet. Ezzel nem ért véget a telephely körüli vita, 1967 májusában a VÁTI egy újabb 27 oldalas tanulmányt készített, amely alapján az Építési és Városfejlesztési Miniszter megtámadta a nehézipari miniszter döntését, és hosszú egyeztetés következett. Akkor ez nagyon sok energiát elvett, de a végén minden érintett hatóság belátta, hogy ez egy atomerőmű és a biztonság felülírja a településfejlesztési törekvéseket. Ötven év eltelte után nem sajnálom a sok vitára fordított energiát, egyrészt mert a vita során egyre jobban meggyőződtünk mi is, hogy jól döntöttünk, másrészt széles körben többen kezdték megérteni, hogy az atomerőmű létesítése más gondolkodást igényel, mint egy hagyományos tüzelésű erőmű. A megyei vezetés, akik a későbbi munkák során nagyon jó segítőink voltak, kezdetben nagyon nehezen fogadták el, hogy terveikkel szemben Paks nagyközség ezzel a döntéssel várossá fejlődik. Szabó Benjamin április ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

77 E T E H Í R E K Energetikai Tanulmányi Verseny beszámoló Az Energetikai Szakkollégium 2009-ben rendezte meg először Energetikai Tanulmányi Versenyét, így idén már 9. alkalommal indulhattak a tanulók az eseményen. A versenyen háromfős, hazai és külhoni csapatok vehetnek részt. A csapatok összetételére nincsen megkötés, elsősorban évfolyamosok vesznek részt a versenyen, azonban gyakran kilencedikes és tizedikes versenyzők is eljutnak a döntőig. Idén 115 csapat jelentkezett, és mérettette meg magát a háromfordulós versenyen. Az első forduló a tavalyihoz hasonlóan három, heti rendszerességgel küldött minifordulóból állt, amelyeken online tesztsort kellett kitöltenie a csapatoknak. A feladatsorok feleletválasztós és egyszerűbb, számolást igénylő példákból álltak, amelyek főként a középiskolai fizikatudásra épültek, ugyanakkor az energetika és a határos területek ismereteit is érintették. A kérdéseket a Szakkollégium tagsága által kitalált feladatok közül válogatta ki a szervezőcsapat. A három miniforduló pontjait összesítve a legjobb 25 csapat jutott tovább a második fordulóba. A verseny következő szakaszában a diákoknak egy komplex problémára kellett választ adniuk, melynek kidolgozására egy hónap állt rendelkezésükre. A feladat során a diákok Energopolisz fiktív városának energiaellátását modernizálták lakossági, ipari és szolgáltatási szinten egyaránt. Megoldásaikat egy videokonferencia keretében prezentálták a szervezőknek. Izgalmas volt látni, hogy a nagyobb beruházásokat, melyek a város teljes lakosságát érintik, hogyan kapcsolták össze a háztartásokban alkalmazott újításokkal. A kreatív ötletek és technológiai újítások felhasználása mellett fontos értékelési szempont volt a megvalósíthatóság, a rendszerszemlélet, a beruházások társadalmi elfogadottsága, valamint az előadásmód is. A verseny döntőjébe az első és második forduló pontjainak összegzése után a legjobb 10 csapat jutott be. A döntőre február 3-án került sor a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetemen, ahol a tíz továbbjutott csapatnak több érdekes, az energetikához kötődő feladatot kellett megoldania. A délelőtt folyamán a versenyzők részt vettek a BME Nagyfeszültségű Laboratóriumában tartott laborlátogatáson, amely után az ott bemutatott jelenségekhez kötődő tesztsort kellett kitölteniük. Ezek után a Szakkollégium előző féléves programjaiból összeállított kérdéssort, egy villamosenergia-felhasználáshoz kötődő diagramos példát, egy nagy hőtani számítási feladatot és egy villanyszámla elemzéssel kapcsolatos feladatsort oldottak meg a csapatok. A délután folyamán a döntősök a délelőtthöz hasonlóan két részre bomlottak: öt csapat a szakmai zsűri előtt prezentálta a második fordulóra megírt esszéjük egy bónusz feladattal kiegészített változatát, míg a másik 5 csapat újszerű és interaktív feladatok során adott számot tudásáról. A szakmai zsűrit idén dr. Zsebik Albin (BPMK - ETE), Szigeti László (Cothec Kft.), Varga László (MVM Group Zrt.) és Holló Gergő (ESZK pártoló tag) alkotta. Az eredményhirdetésre este került sor, ahol a Budapesti és Pest Megyei Mérnöki Kamara, a MAVIR Zrt., a Cothec Kft. és a MOL Nyrt. által felajánlott ajándékcsomagokat dr. Zsebik Albin, a zsűri elnöke, Tóth Zsófia, a verseny főszervezője és Pácsonyi Imre, a Szakkollégium elnöke adta át. A legjobb iskolának járó díjat, egy napelemtáblát a Manitu Solar Kft. képviseletében Bodócs Tamás, az első helyezettek díját Varga László az MVM csoport képviseletében, a 2. helyezett díját pedig Holló Gergő az ESZK pártoló tagja adta át, melyet a Cothec Kft. finanszírozott. A csoportképen láthatók a Tanulmányi Verseny döntőjén részt vevő diákok és felkészítő tanáraik, valamint a zsűri tagjai és a verseny főszervezői. A képzeletbeli dobogóra idén az alábbi csapatok állhattak fel: I. helyezett: MFF Illyés Gyula Gimnázium, Budaörs; csapattagok: Csák Botond, Szalai Márk Dániel, Horváth Levente, felkészítő tanár: Borbély Mária II. helyezett: L-me Földes Ferenc Gimnázium, Miskolc, csapattagok: Lukács Miklós Ágoston, Kiss László, Siomos Angelos Sylvester, felkészítő tanár: Kovács Benedek III. helyezett: Egyesült Izzó Türr István Gimnázium és Kollégium, Pápa, csapattagok: Nagy Noémi, Ivánkovics Bertalan, Molnár Martin, felkészítő tanár: Szilos Attila Legjobb iskola: Vetési Albert Gimnázium, Veszprém A cikk szerzői: Kertész Dávid, Mihók Anna, Pakai Kristóf, Putti Krisztián, Tóth Zsófia ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám 75

78 E T E H Í R E K február 16. Vezeték nélküli energiaátvitel Dr. Gyimóthy Szabolcs, BME-SZHVT február 20. Ceglédi alállomás, Szolnoki Járműjavító ÜZEMLÁTOGATÁS február 23. Drónok ipari alkalmazásai Tuzson Gergely, Drónpilóták Országos Egyesülete Kazi Károly, Astron Informatikai Kft. Bencsik Tibor, MAVIR március 07. EGIS gyógyszergyár ÜZEMLÁTOGATÁS március 09. SMR: az atomenergetika jövője? Cserháti András, MVM Paksi Atomerőmű Zrt március 16. Innovations in the energy sector - Fossil fuels in focus Prof. Michael LaBelle, Central European University március 30. A Paks II. projekt jelenlegi helyzete Ronkay Ferenc emlékfélév Az Energetikai Szakkollégium 2016/2017-es tanév tavaszi féléves programterve Prof. Dr. Aszódi Attila, A Paksi Atomerőmű Teljesítményének Fenntartásáért Felelős Kormánybiztosság április 05. Paksi Atomerőmű ÜZEMLÁTOGATÁS április 06. Virtuális erőművek kivitelezése, működtetése Szabó Zoltán, Németh Lajos, Schekk Imre, VPP Energy Zrt április 13. Kereskedés a villamosenergia-piacon: a tréder egy napja Balázs Péter, ELMŰ-ÉMÁSZ április 20. Szt. Gellért Gyógyfürdő és Uszoda épületgépészete ÜZEMLÁTOGATÁS április 27. Tehetséges hallgatók az energetikában Az Energetikai Szakkollégium Tagjai május 04. Távhő fejlesztési lehetőségek, jövőképek Orbán Tibor, FŐTÁV Zrt. Az előadások helyszíne, időpontja: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Q épület BF12-es terem, 18:00 Bővebb információ a honlapon olvasható. A programváltozás jogát fenntartjuk. A Hőszolgáltatási Szakosztály taggyűlése január 24. Az ETE Hőszolgáltatási Szakosztálya a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetemen tartotta tisztújító és küldöttválasztó taggyűlését. A meghívóban szereplő programmal összhangban bevezetőként dr. Zsebik Albin elnökhelyettes az Egyesület aktuális helyzetéről tájékoztatta a jelenlevőket. A hozzászólásokat és válaszokat követően Némethi Balázs levezető elnök bevezetője után a Szakosztály vezetősége nevében Gerda István tartotta meg elnöki beszámolóját a szakosztály elmúlt időszakban végzett munkájáról, majd ismertette a évi pénzügyi beszámoló főbb mutatószámait. A Szakosztály elnöke a tevékenységről készített beszámolóban kiemelte, hogy a Szakosztály továbbra is elsősorban műszaki tudományos kérdésekkel foglalkozik. Ennek szellemében rendezi minden évben a Távhő Vándorgyűlést is. Különös figyelmet fordít az utánpótlásra is, diplomamunka pályázataival a szakma iránti érdeklődést igyekszik felkelteni, a győzteseinek a vándorgyűléseken ad lehetőséget munkájuk eredményeinek ismertetésére. A Szakosztály megalakulásának 50. évfordulója alkalmából 2016-ban Gerda István elnök által szerkesztett kiadvány, - követve a Szakosztály első 25 évét bemutató összefoglalást almanach jelleggel mutatja be és rendszerezi az évek közötti - hőszolgáltatást érintő - eseményeket, a legfontosabb történéseket, szakmai és jogi szabályozási vonatkozásokat. A taggyűlésen elhangzott hozzászólások összegzéseként megállapításra került, hogy a beszámolási időszakban a Szakosztály az elfogadott munkatervek alapján folytatta tevékenységét, az elvégzett munka sikeres és eredményes volt. Miután a beszámolókat egyhangúlag elfogadták a szakosztály elnöke megköszönte a vezetőségnek és tagjainak a Szakosztály sikeres és eredményes működéséhez a hozzájárulást, majd a vezetőség nevében lemondott mandátumukról. A vezetőség- és küldöttválasztás előkészületeiről, eredményeiről Tóth Illés a Jelölő Bizottság elnöke adott tájékoztatást és ismertette az új elnökségre a jelölés eredményét. Ezt követően a taggyűlés 11 fős vezetőséget és 4 fő küldöttet választott. A Szakosztály vezetősége a következő választási ciklusban: Elnök: Gerda István, Alelnökök: Zanatyné Uitz Zsuzsa és Győri Csaba, Titkár: László István, Tagjai: dr. Csűrök Tibor, Fazekas András István PhD, Kovács Zsolt, Kozik Árpád, Milanovich László, Némethi Balázs és Tordai György. Küldöttek: Gerda István, Zanatyné Uitz Zsuzsa, Győri Csaba és László István. A szavazást követően dr. Zsebik Albin az Egyesület elnöksége nevében gratulált megválasztottaknak és eredményes munkát kívánt a Szakosztály vezetőségének. A megválasztott vezetőség nevében Gerda István elnök megköszönte a bizalmat és a vezetőség előtt álló feladatokként a sikeres és eredményes szakmai programok és rendezvények megszervezését, a kapcsolattartást és kapcsolatépítést a szakmai társszervezetekkel, a végzős, pályakezdő mérnökök támogatását diplomamunka-pályázatokkal, valamint a fiatal szakemberek bevonását az egyesületi, szakosztályi tevékenyekbe, mint fő teendőket foglalt össze. László István, szakosztálytitkár 76 ENERGIAGAZDÁLKODÁS 58. évf szám

79 Forgalmazó:

80 Magasra teszi a lécet? Többre vágyik? Új lehetőségeket mutatunk. Festo és az Ipar 4.0 A jövőbeli projekteket a dolgok internete (IoT), az okos gyárak, kiber-fizikai rendszerek és a big data határozza majd meg a megoldásoknak ezért még gyorsabbnak, rugalmasabbnak és intelligensebbnek kell lenniük. Emiatt egyre nagyobb jelentőséget kap a nagyobb rendelkezésre állás, az energiahatékonyság és a just-in-time termelés. A Festo jelentős szerepet játszik az Ipar 4.0 trend alakításában, és teljes körű elektromos és pneumatikus automatizálási megoldásokat kínál a vezérléstechnikától az érzékelőkön át a hajtásokig.